無刷DC永磁電機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)圖

“DC電機的電樞可以通過改變電源的極性輕松反轉(zhuǎn)。無刷DC永磁電機也是這樣嗎？”小s聽Reference女士解釋無刷DC永磁電機和有刷DC電機的運行機理是一樣的，所以請教Reference女士。女士一時語塞。稍微調(diào)整一下思路，ms可以慢慢說明小s的問題，需要注意的是無刷DC永磁電機是通過轉(zhuǎn)子位置傳感器來操作的，不可能通過改變電源極性來控制正反轉(zhuǎn)！

無刷直流永磁電動機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)方法

無刷DC永磁電機正反轉(zhuǎn)有兩種實現(xiàn)方式：

安裝兩套轉(zhuǎn)子位置傳感器。

采用一套轉(zhuǎn)子位置傳感器，通過邏輯電路改變功率開關(guān)晶體管的導通順序，實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)。

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

有刷直流永磁電動機正反轉(zhuǎn)原理

為了分析無刷DC永磁電機正反轉(zhuǎn)的原理，本文首先討論了無刷DC電機的正反轉(zhuǎn)。

圖1顯示了有刷永磁DC電機正反轉(zhuǎn)的原理。在圖1(a)磁極下電樞電流分布的情況下，從左手定則或畢奧-薩伐爾定律可以知道電樞將順時針旋轉(zhuǎn)。如果改變電樞電流方向，它產(chǎn)生的電樞磁場與圖1(a)中相反，即轉(zhuǎn)動180電角度，如圖1(b)所示，電樞將逆時針旋轉(zhuǎn)。如果圖1(b)中電樞電流的方向保持不變，定子磁場旋轉(zhuǎn)180電角度，如圖1(c)所示，電樞將再次順時針旋轉(zhuǎn)。

圖1

基于以上分析，我們可以得出一個結(jié)論：對于有刷永磁直流電動機而言，定轉(zhuǎn)子磁場中，只要有一個磁場且只能有一個磁場，若相對原磁場的方向旋轉(zhuǎn)180電角度，則電動機就改變其轉(zhuǎn)動方向。因此，在有刷永磁DC電機中，通過改變電源電壓的極性，可以改變電樞電流的方向，從而改變其旋轉(zhuǎn)方向，實現(xiàn)正反，.實際接線如圖2所示。

圖2

無刷直流永磁電動機如何正反轉(zhuǎn)？

無刷DC永磁電機的正反轉(zhuǎn)不能通過改變電源電壓的極性來實現(xiàn)，但正反轉(zhuǎn)的原理與有刷永磁DC電機相同。圖3示出了四相星形無刷DC永磁電機在旋轉(zhuǎn)期間定子和轉(zhuǎn)子磁場之間的關(guān)系。各相繞組的導通角為90電角度，其對應的驅(qū)動信號如圖4所示。

圖3

在圖3中，我們可以看到：

1) 當t=t1時, U相繞組通電，電流方向和轉(zhuǎn)子永磁體位置如圖3(a)所示，永磁體轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)。如果W相繞組此時通電，定子磁場相對于圖3(a)中的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)180電角度，永磁轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)，如圖3(a’)中的狀態(tài)所示。

2) 當t=t2時，的V相繞組通電，永磁轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)，如圖3(b)所示。如果圖3(a’)逆時針改變到圖3(b’)中的狀態(tài)，定子磁場將與圖3(b)中的狀態(tài)方向相同。此時永磁轉(zhuǎn)子的磁場為180電度不同，轉(zhuǎn)子繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)。

圖 3

3）當t=t3時，W相繞組通電，永磁體轉(zhuǎn)子按順時針方向轉(zhuǎn)動，如圖3（c）中狀態(tài)所示。如果此時換成圖3（b’）逆時針轉(zhuǎn)至圖3（c’）中狀態(tài)，U相繞組通電，則定子磁場就相對如圖3（c）狀態(tài)旋轉(zhuǎn)過180o電角度，如圖3（c’）中狀態(tài)所示，轉(zhuǎn)子便按逆時針方向轉(zhuǎn)動。

4）當t=t4時，X相繞組通電，永磁體轉(zhuǎn)子按順時針方向轉(zhuǎn)動，如圖3（d）中狀態(tài)所示。如果此時換成圖3（c’）逆時針轉(zhuǎn)至圖3（d’）中狀態(tài)，則定子磁場就相對圖3（d）狀態(tài)同方向，此時永磁體轉(zhuǎn)子磁場相差180o電角度，轉(zhuǎn)子繼續(xù)按逆時針方向轉(zhuǎn)動。

圖 3

由上面的分析可以看到：當無刷直流永磁電動機電樞繞組的通電狀態(tài)按（a）-（b）-（c）-（d） -（a）順序連續(xù)變化時，永磁體轉(zhuǎn)子便按順時針方向轉(zhuǎn)動；如果電樞繞組的通電狀態(tài)按（a’）-（b’）-（c’）-（d’） -（a’）順序連續(xù)變化時，則永磁體轉(zhuǎn)子就按逆時針方向轉(zhuǎn)動。比較狀態(tài)（a）和（a’），(b）和（b’），（c）和（c’)，（d）和（d’），可以發(fā)現(xiàn)它們之間的差別僅在于：要么反轉(zhuǎn)電動機的定子磁場與正轉(zhuǎn)電動機的定子磁場之間相差180o電角度，要么反轉(zhuǎn)電動機的永磁體轉(zhuǎn)子磁場與正轉(zhuǎn)電動機的永磁體轉(zhuǎn)子磁場之間相差180o電角度。這與有刷直流永磁電動機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的原理是一致的。

圖 4

無刷直流永磁電機正反轉(zhuǎn)控制原理圖

如何實現(xiàn)圖3所示狀態(tài)無刷直流永磁電動機電樞繞組的通電狀態(tài)按（a）-（b）-（c）-（d） -（a）順序連續(xù)變化到按（a’）-（b’）-（c’）-（d’） -（a’）順序連續(xù)變化轉(zhuǎn)換呢?電動機電樞繞組的通電是借助驅(qū)動信號來控制的，當電動機按順時針方向轉(zhuǎn)動時，其相繞組U、V、W、X分別與驅(qū)動信號UU、UV、UW、UX—一對應，我們需要按下列步驟變更驅(qū)動信號的驅(qū)動對象,以實現(xiàn)控制無刷永磁同步電動機反轉(zhuǎn)或逆時針旋轉(zhuǎn)。

● 初始狀態(tài)

在本應是U相繞組通電的轉(zhuǎn)子位置上，不讓U相繞組通電，而讓W相繞組通電，也就是在此刻把驅(qū)動信號Uu去驅(qū)動W相繞組，使W相繞組通電，便實現(xiàn)了由狀態(tài)（a）到（a’）的切換。

● 轉(zhuǎn)過90o電角度

此時順時針與逆時針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)向相反方向，即轉(zhuǎn)子磁場互差180o電角度，定子電樞磁場同方向才能使逆時針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)的磁極繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。故同為UV去驅(qū)動V相繞組，使V相繞組通電，實現(xiàn)了由狀態(tài)（b）到（b’）的切換。

圖 5

● 轉(zhuǎn)過180o電角度

此時順時針與逆時針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)向同方向，即轉(zhuǎn)子磁場同與初始狀態(tài)互差180o電角度，在本應是W相繞組通電的轉(zhuǎn)子位置上，不讓W相繞組通電，而讓U相繞組通電，也就是在此刻把驅(qū)動信號UW去驅(qū)動U相繞組，使U相繞組通電，便實現(xiàn)了由狀態(tài)（c）到（c’）的切換。

● 轉(zhuǎn)過270o電角度

此時順時針與逆時針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁極又轉(zhuǎn)向相反方向，即轉(zhuǎn)子磁場互差180o電角度，定子電樞磁場同方向才能使逆時針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)的磁極繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。故同為UX去驅(qū)動X相繞組，使X相繞組通電，實現(xiàn)了由狀態(tài)（d）到（d’）的切換。

圖 5

● 轉(zhuǎn)過360o電角度

回到初始狀態(tài)，重復上述過程。

采用接觸式或無接觸式聯(lián)動開關(guān)就可以完成（a）-（b）-（c）-（d） -（a）順序連續(xù)變化到按（a’）-（b’）-（c’）-（d’） -（a’）順序連續(xù)變化切換，從而實現(xiàn)了電動機由順時針方向轉(zhuǎn)動到逆時針方向轉(zhuǎn)動的變換。圖5是它的原理圖，圖中方塊1為聯(lián)動開關(guān)。

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