"直流電動(dòng)機電樞可通過(guò)改變電源極性輕松正反轉，無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機是不是也如此呢?"小S聽(tīng)女士參解說(shuō)無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機和有刷直流電動(dòng)機具有相同的運行機理，如此反問(wèn)女士參女士參一時(shí)語(yǔ)塞，竟然啞口無(wú)言。略微調整思路女士參才緩緩解釋清楚小S的疑問(wèn)。須知無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機靠轉子位置傳感器運轉，是不能通過(guò)變換電源極性控制正反轉的!

無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機實(shí)現正反轉方法

無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機實(shí)現正反轉的方法有兩種：

● 裝置兩套轉子位置傳感器。

● 采用一套轉子位置傳感器，借助邏輯電路改變功率開(kāi)關(guān)晶體管的導通順序，從而實(shí)現電動(dòng)機的正反轉。

可以這么說(shuō)，由轉子位置傳感器控制的功率開(kāi)關(guān)晶體管導通順序，確定無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機電樞磁勢矢量究竟往哪個(gè)方向轉，也就決定了電動(dòng)機的轉向，還真不是電源極性所能確定得了的，加載到無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機電樞繞組上的電源極性原本就是不斷交變的。

有刷直流永磁電動(dòng)機正反轉原理

為便于分析無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機正反轉原理，這里先對有刷永磁直流電動(dòng)機正反轉問(wèn)題進(jìn)行討論。

圖1給出了有刷永磁直流電動(dòng)機正反轉原理。圖1(a)中磁極下電樞電流分布情況下，利用左手定則或比奧·薩乏定律可知，電樞將按順時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)。如果改變電樞電流方向，使其產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)與圖1(a)中的方向相反，即轉過(guò)去180o電角度，如圖1(b)所示，則電樞將按逆時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)。若保持圖1(b)中的電樞電流的方向不變，而把定子磁場(chǎng)旋轉180o電角度，如圖1(c)所示，則電樞又將按照順時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)。

圖1

基于以上分析，可以得出結論：對于有刷永磁直流電動(dòng)機而言，定轉子磁場(chǎng)中，只要有一個(gè)磁場(chǎng)且只能有一個(gè)磁場(chǎng)，若相對原磁場(chǎng)的方向旋轉180o電角度，則電動(dòng)機就改變其轉動(dòng)方向。所以，在有刷永磁直流電動(dòng)機中，改變電源電壓的極性，就可以改變電樞電流的方向，從而改變其轉動(dòng)方向，實(shí)現正反轉，其實(shí)際接線(xiàn)如圖2所示。

圖 2

無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機如何正反轉?

無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機的正反轉不能通過(guò)改變電源電壓的極性來(lái)實(shí)現，然而它正反轉的原理與有刷永磁直流電動(dòng)機相同。圖3表示了在旋轉過(guò)程中，一臺四相星形無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機定轉子磁場(chǎng)之間的相互關(guān)系。每相繞組導通角為90o電角度，其相應的驅動(dòng)信號如圖4所示。

圖 3

在圖3中，我們可以看到：

1) 當t=t1時(shí)，U相繞組通電，電流方向和轉子永磁體的位置如圖3(a)中狀態(tài)所示，永磁體轉子按順時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)。如果此時(shí)換成W相繞組通電，則定子磁場(chǎng)就相對圖3(a)狀態(tài)旋轉過(guò)180o電角度，如圖3(a’)中狀態(tài)所示，永磁體轉子便逆時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)。

2) 當t=t2時(shí)，V相繞組通電，永磁體轉子按順時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)，如圖3(b)中狀態(tài)所示。如果此時(shí)換成圖3(a’)逆時(shí)針轉至圖3(b’)中狀態(tài)，則定子磁場(chǎng)就相對圖3(b)狀態(tài)同方向，此時(shí)永磁體轉子磁場(chǎng)相差180o電角度，轉子繼續按逆時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)。

圖 3

3)當t=t3時(shí)，W相繞組通電，永磁體轉子按順時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)，如圖3(c)中狀態(tài)所示。如果此時(shí)換成圖3(b’)逆時(shí)針轉至圖3(c’)中狀態(tài)，U相繞組通電，則定子磁場(chǎng)就相對如圖3(c)狀態(tài)旋轉過(guò)180o電角度，如圖3(c’)中狀態(tài)所示，轉子便按逆時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)。

4)當t=t4時(shí)，X相繞組通電，永磁體轉子按順時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)，如圖3(d)中狀態(tài)所示。如果此時(shí)換成圖3(c’)逆時(shí)針轉至圖3(d’)中狀態(tài)，則定子磁場(chǎng)就相對圖3(d)狀態(tài)同方向，此時(shí)永磁體轉子磁場(chǎng)相差180o電角度，轉子繼續按逆時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)。

圖 3

由上面的分析可以看到：當無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機電樞繞組的通電狀態(tài)按(a)-(b)-(c)-(d) -(a)順序連續變化時(shí)，永磁體轉子便按順時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng);如果電樞繞組的通電狀態(tài)按(a’)-(b’)-(c’)-(d’) -(a’)順序連續變化時(shí)，則永磁體轉子就按逆時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)。比較狀態(tài)(a)和(a’)，(b)和(b’)，(c)和(c’)，(d)和(d’)，可以發(fā)現它們之間的差別僅在于：要么反轉電動(dòng)機的定子磁場(chǎng)與正轉電動(dòng)機的定子磁場(chǎng)之間相差180o電角度，要么反轉電動(dòng)機的永磁體轉子磁場(chǎng)與正轉電動(dòng)機的永磁體轉子磁場(chǎng)之間相差180o電角度。這與有刷直流永磁電動(dòng)機實(shí)現正反轉的原理是一致的。

圖 4

無(wú)刷直流永磁電機正反轉控制原理圖

如何實(shí)現圖3所示狀態(tài)無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機電樞繞組的通電狀態(tài)按(a)-(b)-(c)-(d) -(a)順序連續變化到按(a’)-(b’)-(c’)-(d’) -(a’)順序連續變化轉換呢?電動(dòng)機電樞繞組的通電是借助驅動(dòng)信號來(lái)控制的，當電動(dòng)機按順時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)時(shí)，其相繞組U、V、W、X分別與驅動(dòng)信號UU、UV、UW、UX—一對應，我們需要按下列步驟變更驅動(dòng)信號的驅動(dòng)對象,以實(shí)現控制無(wú)刷永磁同步電動(dòng)機反轉或逆時(shí)針旋轉。

● 初始狀態(tài)

在本應是U相繞組通電的轉子位置上，不讓U相繞組通電，而讓W(xué)相繞組通電，也就是在此刻把驅動(dòng)信號Uu去驅動(dòng)W相繞組，使W相繞組通電，便實(shí)現了由狀態(tài)(a)到(a’)的切換。

● 轉過(guò)90o電角度

此時(shí)順時(shí)針與逆時(shí)針旋轉的轉子磁極轉向相反方向，即轉子磁場(chǎng)互差180o電角度，定子電樞磁場(chǎng)同方向才能使逆時(shí)針旋轉的轉子磁極旋轉的磁極繼續逆時(shí)針?lè )较蛐D。故同為UV去驅動(dòng)V相繞組，使V相繞組通電，實(shí)現了由狀態(tài)(b)到(b’)的切換。

圖 5

● 轉過(guò)180o電角度

此時(shí)順時(shí)針與逆時(shí)針旋轉的轉子磁極轉向同方向，即轉子磁場(chǎng)同與初始狀態(tài)互差180o電角度，在本應是W相繞組通電的轉子位置上，不讓W(xué)相繞組通電，而讓U相繞組通電，也就是在此刻把驅動(dòng)信號UW去驅動(dòng)U相繞組，使U相繞組通電，便實(shí)現了由狀態(tài)(c)到(c’)的切換。

● 轉過(guò)270o電角度

此時(shí)順時(shí)針與逆時(shí)針旋轉的轉子磁極又轉向相反方向，即轉子磁場(chǎng)互差180o電角度，定子電樞磁場(chǎng)同方向才能使逆時(shí)針旋轉的轉子磁極旋轉的磁極繼續逆時(shí)針?lè )较蛐D。故同為UX去驅動(dòng)X(jué)相繞組，使X相繞組通電，實(shí)現了由狀態(tài)(d)到(d’)的切換。

圖 5

● 轉過(guò)360o電角度

回到初始狀態(tài)，重復上述過(guò)程。

采用接觸式或無(wú)接觸式聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)就可以完成(a)-(b)-(c)-(d) -(a)順序連續變化到按(a’)-(b’)-(c’)-(d’) -(a’)順序連續變化切換，從而實(shí)現了電動(dòng)機由順時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)到逆時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)的變換。圖5是它的原理圖，圖中方塊1為聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)。

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