"直流電動機(jī)電樞可通過改變電源極性輕松正反轉(zhuǎn)，無刷直流永磁電動機(jī)是不是也如此呢?"小S聽女士參解說無刷直流永磁電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)具有相同的運(yùn)行機(jī)理，如此反問女士參女士參一時語塞，竟然啞口無言。略微調(diào)整思路女士參才緩緩解釋清楚小S的疑問。須知無刷直流永磁電動機(jī)靠轉(zhuǎn)子位置傳感器運(yùn)轉(zhuǎn)，是不能通過變換電源極性控制正反轉(zhuǎn)的!

無刷直流永磁電動機(jī)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)方法

無刷直流永磁電動機(jī)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的方法有兩種：

● 裝置兩套轉(zhuǎn)子位置傳感器。

● 采用一套轉(zhuǎn)子位置傳感器，借助邏輯電路改變功率開關(guān)晶體管的導(dǎo)通順序，從而實現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

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(dǎo)通順序，確定無刷直流永磁電動機(jī)電樞磁勢矢量究竟往哪個方向轉(zhuǎn)，也就決定了電動機(jī)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(jī)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(jī)正反轉(zhuǎn)原理

為便于分析無刷直流永磁電動機(jī)正反轉(zhuǎn)原理，這里先對有刷永磁直流電動機(jī)正反轉(zhuǎn)問題進(jìn)行討論。

圖1給出了有刷永磁直流電動機(jī)正反轉(zhuǎn)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，電樞將按順時針方向轉(zhuǎn)動。如果改變電樞電流方向，使其產(chǎn)生的電樞磁場與圖1(a)中的方向相反，即轉(zhuǎn)過去180o電角度，如圖1(b)所示，則電樞將按逆時針方向轉(zhuǎn)動。若保持圖1(b)中的電樞電流的方向不變，而把定子磁場旋轉(zhuǎn)180o電角度，如圖1(c)所示，則電樞又將按照順時針方向轉(zhuǎn)動。

圖1

基于以上分析，可以得出結(jié)論：對于有刷永磁直流電動機(jī)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)180o電角度，則電動機(jī)就改變其轉(zhuǎn)動方向。所以，在有刷永磁直流電動機(jī)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(zhuǎn)動方向，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，其實際接線如圖2所示。

圖 2

無刷直流永磁電動機(jī)如何正反轉(zhuǎn)?

無刷直流永磁電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)不能通過改變電源電壓的極性來實現(xiàn)，然而它正反轉(zhuǎn)的原理與有刷永磁直流電動機(jī)相同。圖3表示了在旋轉(zhuǎn)過程中，一臺四相星形無刷直流永磁電動機(jī)定轉(zhuǎn)子磁場之間的相互關(guān)系。每相繞組導(dǎo)通角為90o電角度，其相應(yīng)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(dāng)t=t1時，U相繞組通電，電流方向和轉(zhuǎn)子永磁體的位置如圖3(a)中狀態(tài)所示，永磁體轉(zhuǎn)子按順時針方向轉(zhuǎn)動。如果此時換成W相繞組通電，則定子磁場就相對圖3(a)狀態(tài)旋轉(zhuǎn)過180o電角度，如圖3(a’)中狀態(tài)所示，永磁體轉(zhuǎn)子便逆時針方向轉(zhuǎn)動。

2) 當(dāng)t=t2時，V相繞組通電，永磁體轉(zhuǎn)子按順時針方向轉(zhuǎn)動，如圖3(b)中狀態(tài)所示。如果此時換成圖3(a’)逆時針轉(zhuǎn)至圖3(b’)中狀態(tài)，則定子磁場就相對圖3(b)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

3)當(dāng)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(dāng)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(dāng)無刷直流永磁電動機(jī)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(jī)的定子磁場與正轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子磁場之間相差180o電角度，要么反轉(zhuǎn)電動機(jī)的永磁體轉(zhuǎn)子磁場與正轉(zhuǎn)電動機(jī)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(jī)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的原理是一致的。

圖 4

無刷直流永磁電機(jī)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(jī)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(jī)電樞繞組的通電是借助驅(qū)動信號來控制的，當(dāng)電動機(jī)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(yīng)，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(jī)反轉(zhuǎn)或逆時針旋轉(zhuǎn)。

● 初始狀態(tài)

在本應(yīng)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(xué)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(yīng)是W相繞組通電的轉(zhuǎn)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(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(fù)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(jī)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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