【正文】 但當由工頻電源直接供電時，由于定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子永磁體磁場之間有相對運動，不能產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，造成起動困難。 40 第八章 同步電機原理 為克服這一困難 ， 永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子一般設計成磁鋼內(nèi)埋式結(jié)構(gòu) ， 轉(zhuǎn)子表面裝有和異步電動機相似的籠型繞組 （ 如圖 818所示 ） ， 稱為自起動永磁同步電動機 。 當永磁同步電動機起動時 ， 依靠籠型繞組產(chǎn)生如同異步電動機工作時一樣的起動轉(zhuǎn)矩 ，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來 。 等到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升到接近同步速時 ， 依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子永磁體的相互吸引把轉(zhuǎn)子牽入同步 。 這就是所謂的 “ 異步起動 ， 同步運行 ” 。 在整個起動過程中 ， 籠型繞組產(chǎn)生異步起動轉(zhuǎn)矩 ， 而永磁體產(chǎn)生發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩 ， 但當達到同步速時 ， 異步起動轉(zhuǎn)矩為零 ， 而發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變?yōu)橥綘恳D(zhuǎn)矩 ，帶動電動機正常同步運行 。 可見 ， 對于自起動永磁式同步電動機來說 ， 永磁體和籠型起動繞組之間的合理設計是十分重要的 。 應當指出，如果電動機轉(zhuǎn)子本身慣性不大，或者是多極的低速電機，定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速不是很大，那么永磁同步電動機不另裝起動繞組也是可以直接起動的。 41 第八章 同步電機原理 三、梯形波永磁同步電動機 直流電動機由于調(diào)速性能好 、 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點而在各種運動控制系統(tǒng)中等到廣泛應用 ， 但是直流電動機具有電刷和換向器裝置 ， 運行時所形成的機械摩擦嚴重影響電機的精度和可靠性 ，因摩擦而產(chǎn)生的火花還會引起無線電干擾 。 電刷和換向器裝置使直流電動機結(jié)構(gòu)復雜 、 噪音大 ， 維護也比較困難 。 所以 ， 長期以來人們在不斷尋求可以不用電刷和換向器裝置的直流電動機 。 隨著電子技術 、 計算機技術和永磁材料的迅速發(fā)展 ， 誕生了 梯形波永磁同步電動機 ——無刷直流電動機 。 這種電動機利用電子開關線路和位置傳感器來代替電刷和換向器 ， 既具有直流電動機的運行特性 ， 又具有交流電動機結(jié)構(gòu)簡單 、 運行可靠 、 維護方便等優(yōu)點 ， 它的轉(zhuǎn)速不再受機械換向的限制 ， 可以制成轉(zhuǎn)速高達每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)的高速電動機 。 因此 ， 無刷直流電動機用途非常廣泛 ，可作為一般直流電動機 、 伺服電動機和力矩電動機等使用 。 42 第八章 同步電機原理 1. 基本結(jié)構(gòu) 無刷直流電動機由電動機本體、電子開關線路和轉(zhuǎn)子位置傳感器三部分組成，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖 819所示，其中直流電源通過開關線路向電動機的定子繞組供電，位置傳感器檢測電動機的轉(zhuǎn)子位置，并提供信號控制開關線路中的功率開關元件，使之按照一定的規(guī)律導通和關斷，從而控制電動機的轉(zhuǎn)動。 直流電源 開關線路 電動機本體位置傳感器負載圖 8 1 9 無 刷 直 流 電 動 機 系 統(tǒng) 構(gòu) 成43 第八章 同步電機原理 無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu)如圖 820所示，其中電動機結(jié)構(gòu)與永磁同步電動機相似，轉(zhuǎn)子是由永磁材料制成的具有一定極數(shù)的永磁體，主要有凸極式和內(nèi)嵌式兩種結(jié)構(gòu)；定子是電動機的電樞，定子鐵心中安放著對稱的多相繞組，可接成星形或角形，各相繞組分別與電子開關線路中的相應開關元件相連接，電子開關線路有橋式和非橋式兩種。圖 1126表示的是常用的三相星形橋式連接方式。 abcABCNS1V2V3V4V5V6VdU圖 8 2 0 無 刷 直 流 電 動 機 基 本 結(jié) 構(gòu)44 第八章 同步電機原理 2. 工作原理 根據(jù)電子開關線路結(jié)構(gòu)和定子繞組聯(lián)接方式，無刷直流電動機可以有多種運行狀態(tài)，下面以兩相導通三相星形六狀態(tài)為例說明無刷直流電動機的工作原理。 假設在任意時刻開關線路的上橋臂和下橋臂各有一個晶體管導通，即三相繞組的通電順序依次為 AC、 BC、 BA、 CA、 CB、AB（ 120?導通型逆變器） 。 當 A、 C相通電時，電流流通的路徑為： 電源正極 → V1管 → A相繞組 → C相繞組 → V2管 → 電源負極。 當 B、 C相通電時，電流流通的路徑為： 電源正極 → V3管 → B相繞組 → C相繞組 → V2管 → 電源負極。 45 第八章 同步電機原理 ACBsFrF起 始終 止?rFaiciABsFrF起 始終 止?rFcibiC圖 8 2 1 無 刷 直 流 電 動 機 原 理 圖a ) A 、 C 通 電 狀 態(tài) b ) B 、 C 通 電 狀 態(tài)a ) b )46 第八章 同步電機原理 從下表可以看出，在 1個周期內(nèi)電動機共有 6個通電狀態(tài)，每個狀態(tài)都是兩相同時導通，每個晶體管導通角為 。 3/π2ACBCBACACBAB電 角 度 ：03/π 3/π2 π 3/π4 3/π5 π2導 通 順 序V 1V 2V 3V 4V 5V 6導 通導 通導 通導 通導 通導 通導 通導 通導 通導 通導 通導 通47 第八章 同步電機原理 四、兩種永磁同步電動機的比較 (1) 無刷直流電動機（簡稱 BDCM） ： 其出發(fā)點是用裝有永磁體的轉(zhuǎn)子取代 有刷直流電動機 的定子磁極，將原直流電動機的轉(zhuǎn)子電樞變?yōu)槎ㄗ?。有刷直流電動機是依靠機械換向器將直流電流轉(zhuǎn)換為近似梯形波的交流，而 BDCM是將方波電流（實際上也是梯形波）直接輸入定子， 其好處就是省去了機械換向器和電刷，也稱為 電子換向 。為產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)矩，要求系統(tǒng)向 BDCM輸入三相對稱方波電流，同時要求 BDCM的每相感應電動勢為梯形波，因此也稱 BDCM為 方波電動機 ； (2) 永磁同步電動機（簡稱 PMSM） ： 其出發(fā)點是用永磁體取代 電勵磁式同步電動機 轉(zhuǎn)子上的勵磁繞組，以省去勵磁線圈、滑環(huán)和電刷。 PMSM的定子與電勵磁式同步電動機基本相同，要求輸入定子的電流仍然是三相正弦的。為產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)矩，要求系統(tǒng)向 PMSM輸入三相對稱正弦電流，同時要求 PMSM的每相感應電動勢為正弦波，因此也稱 PMSM為 正弦波電動機 。 48 第八章 同步電機原理 小 結(jié) 同步電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電樞電流的頻率之間存在嚴格不變的關系，即 ， 或者說轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恒等于電樞旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。同步電機的結(jié)構(gòu)特點是定子鐵心上嵌放三相對稱繞組，轉(zhuǎn)子鐵心上裝置直流勵磁繞組。對高速電機采用隱極式轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子為圓柱形，電機氣隙均勻，勵磁繞組為同心式分布繞組。對低速電機，采用凸隱極式轉(zhuǎn)子，氣隙不均勻，勵磁繞組為集中繞組。由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，使隱極電機和凸極電機的分析方法和參數(shù)存在差異。 同步電動機的最大優(yōu)點是調(diào)節(jié)勵磁電流可以改變功率因數(shù) 。在一定有功功率下 ， 改變可得到同步電動機的 U形曲線 。 過勵時從電網(wǎng)吸收超前無功功率 ， 欠勵時從電網(wǎng)吸收滯后無功功率 。 p1 /60 nfn