【正文】 47 無刷直流電動機的主電路如圖 1022所示， 其中電動機結構與永磁同步電動機相似，轉子是由永磁材料制成的具有一定極數的永磁體，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 1020表示的是常用的 三相星形橋式連接方式 。 第 10章 交流同步電機 abcABCNS1V2V3V4V5V6VdU圖 1 0 2 2 無 刷 直 流 電 動 機 的 主 電 路48 2. 工作原理 根據電子開關線路結構和定子繞組聯(lián)接方式，無刷直流電動機可以有多種運行狀態(tài)， 下面以 三相導通三相星形 6狀態(tài) 為例說明無刷直流電動機的工作原理。 第 10章 交流同步電機 圖 1 0 2 3 無 刷 直 流 電 動 機 的 工 作 原 理a ) A+BC+通 電 狀 態(tài) b ) A+BC通 電 狀 態(tài)a ) b )ACB起 始?aici bi ACB終 止?aici binn起 始終 止NFSFSFNFNFNF49 設在任意時刻與三相定子繞組分別相聯(lián)的上、下橋臂開關器件總有一個是導通，而另一個是關斷的（ 180度導通型 ）。 三相繞組的通電順序依次為 A+BC+、 A+BC、 A+B+C、 AB+C、AB+C+、 ABC+。 圖 1023a所示的 “ A+BC+”通電狀態(tài)，電流流通的路徑為： 電源正極 → V1管和 V5管 → A相和 C相繞組 → B相繞組 → V6管 → 電源負極 圖 1023b所示的 “ A+BC”通電狀態(tài) ，電流流通的路徑為： 電源正極 → V1管 → A相繞組 → B相和 C相繞組 → V6管和 V2管 → 電源負極 第 10章 交流同步電機 50 從下表可以看出，在 1個周期內電動機共有 6個通電狀態(tài)，每個狀態(tài)都是三相同時導通，每個晶體管導通角為 180度。 第 10章 交流同步電機 BCBCBCBCBCBC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AAAAAA導 通 導 通導 通導 通導 通導 通導 通導 通+++ ++ + ++ +表 1 0 1 三 相 導 通 三 相 星 形 6 狀 態(tài) 導 通 順 序 表51 兩種永磁式同步電動機的比較 （ 1） 永磁同步電動機 （ permanent mag synchronous motor， 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 。 為產生恒定電磁轉矩 ， 要求系統(tǒng)向 PMSM輸入三相對稱正弦電流 ， 同時要求定子繞組的感應電動勢為正弦波 ， 因此也稱 PMSM為 正弦波電動機 。 永磁同步電動機通常采用正弦波脈寬調制 （ SPWM） 的變頻電源供電 ， 相對來講其控制系統(tǒng)較為復雜 ， 價格較貴 。 但是它基本上屬于旋轉磁場式電機 ， 轉矩脈動小 ， 轉速穩(wěn)定性較高 ， 特別是這種電動機可以實現(xiàn)電磁轉矩的矢量控制 ， 系統(tǒng)動態(tài)性能好 ，因此 適 用 于 要 求 高 精 度 控 制 和 寬 調 速 范 圍 的 場 合 。 第 10章 交流同步電機 52 （ 2） 無刷直流電動機 （ brushless DC motor， 簡稱 BDCM） ：其出發(fā)點是用裝有永磁體的轉子取代有刷直流電動機的定子磁極 ，將原直流電動機的轉子電樞變?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 ， 其好處就是省去機械換向器和電刷 ， 稱為電子換向 。 為產生恒定電磁轉矩 ， 要求系統(tǒng)向 BDCM輸入三相對稱方波電流 ， 同時要求 BDCM的感應電動 勢 為 梯 形 波 ， 因 此 也 稱 B D C M 為 方 波 電 動 機 。 無刷直流電動機的轉速是通過調節(jié)直流端的電壓來控制的 ，故控制系統(tǒng)比較簡單，價格較便宜。但是由于換向會引起 轉矩脈動 ，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能稍差，調速范圍亦較窄，故 多應用于對運行性能要求不是很高的場合 。 第 10章 交流同步電機 53 小 結 同步電機的轉子轉速與電樞電流的頻率之間存在嚴格不變的關系，即 ， 或者說轉子轉速恒等于電樞旋轉磁場的轉速。同步電機的結構特點是定子鐵心上嵌放三相對稱繞組，轉子鐵心上裝置直流勵磁繞組。對高速電機采用 隱極式轉子 ，轉子為圓柱形，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 凸隱極式轉子 ，氣隙不均勻，勵磁繞組為集中繞組。由于轉子結構的不同，使隱極電機和凸極電機的分析方法和參數存在差異。 p1 /60 nfn ?第 10章 交流同步電機 54 同步電動機的電壓平衡方程式和相量圖是分析同步電動機工作特性的有效方法。 同步電動機的最大優(yōu)點是調節(jié)勵磁電流 If 可以改變功率因數，這是異步電動機所不具備的。 在一定有功功率下，改變勵磁電流 If可得到同步電動機的 U形曲線。 同步電動機過勵時從電網吸收超前無功功率，欠勵時從電網吸收滯后無功功率。所以， 在過勵狀態(tài)下運行的同步電動機對改善電網的功率因數是非常有益的 。 永磁同步電動機和無刷直流電動機 在現(xiàn)代運動控制系統(tǒng)中已得到重要的應用， 前者采用正弦波電源供電， 后者采用方波供電，各自具有不同的特點。 第 10章 交流同步電機 55 第 10章 交流同步電機 —— 例 101 56 第 10章 交流同步電機 —— 例 101 ?0E?U?N?N?cNXIj??NI圖 1 0 1 6 例 1 0 1 相 量 圖N57 第 10章 交流同步電機 —— 例 101 58 第 10章 交流同步電機 —— 例 102 59 第 10章 交流同步電機 —— 例 102 ?0EddXIj?qqXIj??U???dI?qI?NIN?圖 1 0 1 7 例 1 0 2 相 量 圖NNqXIj?N60 第 10章 交流同步電機 —— 例 102