【正文】 提出的方法進(jìn)行計(jì)算，直軸電樞 反應(yīng)磁 勢(shì)的最大值為： )2s in ( 2aFF aadm ? 。對(duì)于一個(gè)狀態(tài)角來說，電樞反應(yīng)開始是去磁的，隨著角度增加去磁作用逐漸減少，達(dá)到音二分之一 a2只有交磁作用，之后電樞反應(yīng)變?yōu)樵龃?，角度增加．增磁作用加?qiáng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線由位置 1轉(zhuǎn)過 d2角到達(dá)位置 2時(shí)，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器立即發(fā)出信號(hào)，通過電子換向開關(guān)將 B相繞組斷電和使 C繞組通電，這時(shí)合成磁勢(shì)跳過 120角，如圖 2(b)所示，圖中轉(zhuǎn)子位置為 C相通電之初瞬間位置。在圖 2(a)中定子磁勢(shì)用 Fa表示，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)用 Bm表示，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)處于狀態(tài)角 a2范圍內(nèi)．電樞磁勢(shì)方向保持不變。當(dāng)電刷放在幾何中性線上時(shí)．普通直流電機(jī)的電樞反應(yīng)磁勢(shì)與主磁場(chǎng)正交，只有交軸電樞反應(yīng)，不存在直軸電樞反應(yīng)。 電機(jī)的電樞反應(yīng)分析 29 直軸電樞反應(yīng) 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)是永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的主磁場(chǎng)。 采用不同的“穩(wěn)定”方法，磁鋼的工作點(diǎn)就不同，其利用程度也就不同，在電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，采用的計(jì)算方法也不同。隨著起動(dòng)過程的結(jié)束，電動(dòng)機(jī)將在額定狀態(tài)下運(yùn)行。 磁鋼轉(zhuǎn)子在裝入定子以后再進(jìn)行充磁，并使磁鋼達(dá)到飽和，此時(shí)磁鋼的磁狀態(tài)確定。這是磁鋼本身的磁狀態(tài)確定為特定 的一點(diǎn)。通常采用的方法有下述幾種： 磁鋼轉(zhuǎn)子在裝入定子以前預(yù)先以充磁，并讓磁鋼達(dá)到飽和。為此，在電動(dòng)機(jī)正式投入運(yùn)行以前，必須讓電動(dòng)機(jī)經(jīng)受它在按照技術(shù)條件運(yùn)行的整個(gè)過程中，可能遇到的最大去磁作用，從而保證它的運(yùn)行性能不會(huì)再隨負(fù)載的變化而變化。 一臺(tái)新裝配好的永磁電動(dòng)機(jī)，充磁以后的原始磁狀態(tài)處于回復(fù)線的一點(diǎn)，而電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)將會(huì)受到電樞反應(yīng)磁場(chǎng)的去磁作用，使電動(dòng)機(jī)的磁狀態(tài)發(fā)生變化，磁鋼的工作點(diǎn)將隨著電樞反應(yīng)的增磁或去磁作用在某一回復(fù)線上移 動(dòng)，如果電動(dòng)機(jī)在另一次運(yùn)行時(shí)，經(jīng)受了比上次大的去磁作用，這時(shí)工作點(diǎn)將在別一條回復(fù)線上面移動(dòng)了。 由磁鋼本身的特性可知，磁鋼去磁曲線僅表明磁場(chǎng)強(qiáng)度單方從零變公到 Hc值時(shí)，其場(chǎng)強(qiáng)和磁密之間的關(guān)系。有時(shí)為了滿足某些特殊的 技術(shù)指標(biāo)，往往只好犧牲最佳工作點(diǎn)。從而保證在同樣的輸出功率的條件下，電動(dòng)機(jī)具有最小的體積和重量，實(shí)現(xiàn)磁鋼的最佳利用。 一般來講，永磁電動(dòng)機(jī)要的磁鋼是在回復(fù)條件下工作的。顯然，在去磁曲線上，總存大著一個(gè)特殊最大的 有用回復(fù)能量。 在某些含有磁鋼的磁路中，氣隙是可變的，它由磁鋼，磁軛，銜鐵，不變的漏磁氣隙和可變的工作氣隙所組成。對(duì)應(yīng)于最大的（ BH）值就是磁鋼的最佳工作點(diǎn)。在一般 的情況下，含有磁鋼的磁路是在去磁曲線上工作的。 我們接下來討論如何獲得最大的乘積，眾所周知，位于第二象限內(nèi)的磁滯回線部分，被稱為去磁曲線。它由長(zhǎng)度為 Lm，截面 積為 Sm的磁鋼，長(zhǎng)度為 ?L ,截機(jī)積為 ?S 的氣隙，以及軟鐵部分組成。不過則于其轉(zhuǎn)子上具有軟鐵制成的磁極，能給電樞反應(yīng)去磁磁通提供通路，致使對(duì)轉(zhuǎn)子磁鋼的去磁作用大為減弱。假定通過氣隙進(jìn)入齒部的磁通不在電樞齒內(nèi)分流，而全部經(jīng)過軛部閉合。在速度較低的多極電機(jī)中，以及無刷力矩電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用廣泛。 加工制造麻煩，磁鋼有交長(zhǎng)度知短。我們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)中用到的是拼塊式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)經(jīng)上述兩種復(fù)雜。 磁路結(jié)構(gòu)與等效磁路圖 無刷直流電動(dòng)機(jī)在磁路結(jié)構(gòu)上的最大的特點(diǎn)就是用就久磁鋼做轉(zhuǎn)子，而定子結(jié)構(gòu)基本上交流電動(dòng)機(jī)相似。 磁路系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 磁路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是要在磁鋼獲得最佳利用的基礎(chǔ)上，計(jì)算出磁鋼尺寸及空載和額定狀態(tài)下氣隙內(nèi)每極磁通量，以便為電路計(jì)算提供條件。 當(dāng)然，為了滿足給定的技術(shù)指標(biāo)，除了合理選定永磁體和確定主要尺寸外可，還必須有一個(gè)合適的電路系統(tǒng)與之相對(duì)應(yīng)，即需要在所選定的繞組形式和驅(qū)動(dòng)方式的基礎(chǔ)上，缺點(diǎn)電路諸參數(shù)。因此，合理地選擇際計(jì)算過程中，磁路和電路計(jì)算往往是交叉小的。通常，用戶提出的設(shè)計(jì)任務(wù)書對(duì)電動(dòng)機(jī)的功率和安裝尺寸均有明確要求，那么電動(dòng)機(jī)的機(jī)號(hào)就基本上確定了。亦就是說，電動(dòng)機(jī)的尺寸依賴于永磁體及其與外磁路系統(tǒng)的配合。但是設(shè)計(jì)者表面上卻不能任意地直接選定電磁負(fù)荷。 無刷直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì) 26 在一般電激磁式直流電動(dòng)機(jī)中，所選定的磁負(fù)荷可以通過激磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來保證實(shí)現(xiàn)。但是隨著電磁負(fù)荷的增大，會(huì)使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，效率降低。在通常的電機(jī)中，主要尺寸、電動(dòng)機(jī)的計(jì)算容量和電磁負(fù)荷之間存在著如下的關(guān)系： ?? ABkpnDwia 8i2 ??? （ ） 式中： aD —— 電動(dòng)機(jī)電樞直徑（ cm）； li—— 電動(dòng)機(jī)電樞鐵芯計(jì)算長(zhǎng)度（ cm）； ?B —— 磁負(fù)荷即氣隙磁密（高斯）； wk —— 電樞繞組系數(shù)； i? —— 計(jì)算極弧系數(shù)； p? —— 電動(dòng)機(jī)計(jì)算容量； n—— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速； A—— 電負(fù)荷即線負(fù)荷（ A/cm） 對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)而言，起計(jì)算容量為： p? =EaIa （ ） 式中： Ea—— 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電勢(shì) (V) Ia—— 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流 (A) 我們知道 ,電動(dòng)機(jī)的計(jì)算容量 p? 與額定輸出功率 PH 有關(guān) ,因此由式 (31)可知 ,在技術(shù)指標(biāo)給定的情況下 ,電動(dòng)機(jī)的主要尺寸很大程度上取決于所選定的電磁負(fù)荷。 在電機(jī)設(shè)計(jì)中，通常稱電樞直徑 Da和電樞鐵芯計(jì)算長(zhǎng)度 li為主要尺寸。然后才能對(duì)電動(dòng)機(jī)的磁路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)無刷直流電動(dòng)機(jī)，和通常設(shè)計(jì)有刷直流電動(dòng)機(jī)不同。 25 第三章 自行車用無刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì) 無刷直流電動(dòng)機(jī)與有刷直流電動(dòng)機(jī)相比較，在磁路結(jié)構(gòu)方面，除了把永磁體置 于轉(zhuǎn)子上外，沒有特殊的地方。 由于本系統(tǒng)為 120 度的三相 PWM 逆變器，任一時(shí)該只有二相導(dǎo)通，因此對(duì)每一相繞組有如下的電壓平衡方程式： ??? RICU dned 2121 ? () 由此可得出： ?eddCRIUn )(21 ??? () 無刷直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì) 24 式 中： Ud Id為電機(jī)兩端的平均電壓與電流， ?R 為回路的等效總電阻，它包括電機(jī)兩相繞組和橋路開關(guān)管管壓降等的等效電阻。假設(shè)磁路不飽和，不計(jì)渦流和磁滯損耗，三相繞組完全對(duì)稱，則三相繞組的電壓平衡方程式可表示為 ???????????????????????????????????????????????????????????????cbacbacbacbaeeeiiiPLMMMLMMMLiiirrrUUU.................. .......... .......................................0....00.........00.....0... () 式中： P為微分算子 P＝ d／ dt， Ua Ub Uc為定子相繞組電壓 (單位為 V)， ia ib ic定子相繞組電流 (單位為 A)， ea eb ec為定子相繞組電動(dòng)勢(shì) (單位為 V)； L為每相繞組的自感 (單位為 H)， M為每?jī)上嗬@組間的互感 (單位為 H).由于轉(zhuǎn)子磁阻不隨轉(zhuǎn)子的位置變化而變化， 23 因此定子繞組的自感和互感為常數(shù)。 為了更好地發(fā)揮無刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，希望實(shí)現(xiàn)在基速以上的恒功率調(diào)速，但無刷直流電動(dòng)機(jī)靠永磁體來產(chǎn)生激磁，其激磁很難調(diào)節(jié)，通過理論分析，可以通過磁場(chǎng)削弱電樞反應(yīng)，即通過削磁多少來達(dá)到，這就必須通過提前整流，即將相電流的導(dǎo)通區(qū)域提前，利用繞組的自感電動(dòng)勢(shì)去削弱旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)以削弱磁場(chǎng)。 運(yùn)行特性分析 傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的速度在基速以下調(diào)節(jié)時(shí) (降低電壓 )，有恒定轉(zhuǎn)矩。 第二種方案：無刷直流電動(dòng)機(jī)由直流電源供電，三相無刷電動(dòng)機(jī)的繞組按 Y 接法 ，梯形控制電路供有直接輸送到無刷直流電動(dòng)機(jī)定子上的電流，為矩形電流，電機(jī)電磁結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生梯形波反電動(dòng)勢(shì) (但為梯形控制電路設(shè)計(jì)的大部分無刷直流電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)波形，更像正弦波而不是梯形曲線，因?yàn)榇盆F磁通密度分布不可能完全是矩形，定子繞組的電感部位使其兩角變得有些圓 )，無刷直流電動(dòng)機(jī)在具有梯形波反電動(dòng)勢(shì)和矩形波定子電流的條件下，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩從理論上說是恒定不變的，其公式由下式推出： T=1/ω （ e1i1+e2i2+e3i3） =3/Ωi aE=KtIA () 式中 Kt 一轉(zhuǎn)矩常數(shù) 故電 磁轉(zhuǎn)矩 T 按幅值進(jìn)行控制，并與定子電流成正比。 圖（ ） 系統(tǒng)方程式 (1)電磁轉(zhuǎn)矩公式 對(duì)于第一種方案，電動(dòng)機(jī)有一個(gè)位置傳感器安裝在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸上，用位置反饋信號(hào)使電流與對(duì)應(yīng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同步，目的是獲得恒轉(zhuǎn)矩。故無刷直流電動(dòng)機(jī)和傳統(tǒng)直流 電動(dòng)機(jī)有相同的工作原理。同步電動(dòng)機(jī)是指多相 (三、四、五相等 )電樞繞組定子和永磁體轉(zhuǎn)子。它不象一般的同步電動(dòng)機(jī)，無刷直流電動(dòng)機(jī)相電壓和相應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之間的相量角在設(shè)定了位置傳感器之后，通常是不變的，因此隨著電機(jī)負(fù)載和速度的變化，電動(dòng)機(jī)的功率因素角 相應(yīng)地從超前向滯后變化，并且相應(yīng)的電樞反應(yīng)引起磁場(chǎng)增強(qiáng)和削弱，這樣電動(dòng)機(jī)的輸出功率也受到影響。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展和高能永磁材料的出現(xiàn)，能使直流電動(dòng)機(jī)做得和交流電動(dòng)機(jī)一樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐用，而又具有良好的性能。 對(duì)于本次課程設(shè)計(jì)的位置傳感器的導(dǎo)通情況已經(jīng)用下表例出： 時(shí) 間 0 060 0120 0180 0240 0300 0360 繞組、 功率管 導(dǎo)通順序 A B C D C C A AB B B C V1 V2 V3 V4 V5 V6 無刷直流電機(jī)運(yùn)行特性分析 無刷直流電動(dòng)機(jī)是隨著電子技術(shù)迅速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型電機(jī)。因此當(dāng)無直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組和電子換向線路確定以后， sh? 也隨著確定。 19 否則就會(huì)破壞振蕩器的起振件而造成停振，或者需要振蕩器輸出很大的功率而增加了線路的功耗?？刹捎?MX200等鐵氧體材料。這里我們主要就磁電式位置傳感器設(shè)計(jì)時(shí)要需要注意的問題作一簡(jiǎn)要的介紹 磁芯材樣的選擇 磁電式位置傳感器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的變壓器，其原邊通的 是頻率為幾十到幾百千赫的高頻電流，通過傳感器轉(zhuǎn)子扇形片的“耦合”作用，在副邊輸出同樣頻率的高頻信號(hào)。一是通過它檢測(cè)轉(zhuǎn)子所處的位置，以便確定電子換向及驅(qū)動(dòng)線路的中功率晶體管的導(dǎo)通角；二是確定電子換向電路及驅(qū)動(dòng)線路中功率晶體管的導(dǎo)通角，從而確定電樞磁場(chǎng)的磁狀態(tài)。隨著功率 增大或外轉(zhuǎn)子應(yīng)用，為了改善電機(jī)性能，電樞繞組也可以采用分?jǐn)?shù)繞組， PmqZ 2? 其中 q為每相槽數(shù)，可為整數(shù)也可為分?jǐn)?shù)。例如二對(duì)極三相時(shí)指數(shù)應(yīng)為 12。 24 極對(duì)數(shù)與電感 極對(duì)數(shù)增多，電樞每相電感減少，對(duì)換相有利。 23 極對(duì)數(shù)與電機(jī)效率 隨著極對(duì)數(shù)增加，鐵芯磁場(chǎng)交變頻率增 高，鐵耗增加，電子器件換向損耗增加。 21極對(duì)數(shù)與材料利用率 若氣隙磁密及電摳直徑不變， 2pФ w實(shí)際不變。但無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速與極對(duì)數(shù) (通過反電勢(shì) )有一定的約束關(guān)系，以三相星形橋式六狀態(tài)電路為例 理想空載轉(zhuǎn)速 n。 14電子元件的應(yīng)力 在保證不同相數(shù)有相同的出力及電壓的前提下，隨相數(shù)增加．每相電流減少，因而元件的電應(yīng)力減少。 13轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)