淺談電機相序測定方法

杜 云，張 凱

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,712000）

0 引言

伴隨電子技術(shù)的不斷發(fā)展，無刷直流電機憑借體積小、結(jié)構(gòu)簡單、實用性強的諸多特點，被廣泛應(yīng)用于生活中，無刷直流電機采用電子裝置取代以往的機械改變方向的裝置，同時保留其機械功能，依靠傳感器和繞組間的聯(lián)系實現(xiàn)電機的變速功能。

1 電機控制電路

無刷直流電機內(nèi)部繞組采用三相星形電路連接方式，需使用三相全橋控制電路實現(xiàn)對繞組的控制能力，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。

上圖中，V1～V6晶體管組成的全橋可實現(xiàn)控制繞組工作狀態(tài)的作用。按照晶體管工作方式劃分，可分為兩種控制方式：兩管控制和三管控制。由于兩管控制形式具備良好的電磁轉(zhuǎn)矩而被廣泛用于電子設(shè)備中，在該控制形式下，每一次兩個晶體管導(dǎo)通， 1／6周期間隔后換相一次，每個晶體管導(dǎo)通120°電角度，致使對應(yīng)繞組保持導(dǎo)通120°電角度，這段周期時間內(nèi)，流經(jīng)電流方向保持不變，通常采用繞組磁場和轉(zhuǎn)子磁場垂直狀態(tài)的方式，進而產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩。

晶體管的換相信號從位置傳感器的輸出信號得到，即傳感器的信號狀態(tài)發(fā)生改變的時候就是換相的時候，因此保證傳感器與繞組的對應(yīng)關(guān)系，已達到無刷直流電機的穩(wěn)定正常運行這一目的。

2 電機相序測定方法

傳感器的信號改變直接影響電機的正常工作，在無刷直流電機組成系統(tǒng)中有著重要用途。通過檢測磁場位置，確定傳感器信號的輸出狀態(tài)，為控制電路提供準(zhǔn)確的變相信號?；魻杺鞲衅魇菬o刷直流電機用的較多的位置傳感器，霍爾元件使用數(shù)量與繞組相數(shù)相對應(yīng)，為確保發(fā)出正確的換向信號，在無刷直流電機結(jié)構(gòu)中，其安裝有嚴(yán)格要求，分為120°和60°兩種安裝方式，如下圖所示。

我們以傳感器120°的安裝方式為例，即上圖左側(cè)的傳感器安裝位置，其霍爾傳感器輸出信號、繞組通過的電流和電動勢的相位對應(yīng)情況如下圖。

由于傳感器的輸出信號多次變換，將無刷直流電機在一個周期內(nèi)的運行狀態(tài)分為六個階段，同時對應(yīng)晶體管V1—V6的工作狀態(tài)。

傳感器120°和60°兩種安裝方式本質(zhì)上是一樣的，在一周期的工作狀態(tài)中，兩種方式都將360°的電角度劃分為6個階段，其中60°安裝方式可以理解為在120°安裝的時候把一個傳感器元件反轉(zhuǎn)180°進行安裝，各元件換相時刻一致。兩種不同的安裝方式導(dǎo)致各元件輸出不同的控制信號。120°安裝方式，3個傳感器的輸出信號構(gòu)成的控制變量為001-110。60°安裝方式，其輸出信號為000和111的狀態(tài)變量，兩者的輸出信號不同，其換相表也是不同。通過分析傳感器的輸出信號狀態(tài)可判定傳感器是120°和60°兩種安裝方式的哪一種。

無刷直流電機采用三相星形連接方式，其繞組電動勢等效結(jié)果如下：如果電機三相對稱，磁路無其他損耗，繞組間的電動勢關(guān)系以下方程所示：

其中uA、uB、uC為相電壓，e為繞組間的反電動勢，i為通過繞組的電流，uN為三相繞組中點電壓。L為三相繞組互感與自感的合成電感。在電機三相繞組均斷路的時候，即通過繞組的電流為零，對應(yīng)的有下面電壓關(guān)系。

對于電動勢之間的相位關(guān)系分析，根據(jù)上面的電壓關(guān)系結(jié)論，最終得出如下圖所示的相序，依據(jù)下面的電機相序關(guān)系圖，可準(zhǔn)確分析傳感器與繞組間的相位關(guān)系，以及三相繞組間的電位關(guān)系變化。

以上是針對傳感器120°安裝方式的分析，取得相應(yīng)的電位關(guān)系，對于無刷直流電機的維修和改進具有重要的科學(xué)意義。對于傳感器60°的安裝方式，可按照上面的方法分析傳感器與繞組間的電壓關(guān)系，得到對應(yīng)的相位圖，以方便測定無刷直流電機的相序。通過對兩種安裝方式的研究，可提升無刷直流電機的用途，促進其在電子市場中的應(yīng)用。

3 結(jié)束語

目前無刷直流電動機的小功率機型是發(fā)展較快的種類。憑借直流無刷電動機獨特優(yōu)勢，以其功能方面的多種形式，占有一定規(guī)模的市場。包括計算機外存儲器以及多媒體設(shè)備的主軸驅(qū)動，小功率通風(fēng)機的電機組成結(jié)構(gòu)，電動自行車采用的多極、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)等等。以上無刷直流電機的本身和電路構(gòu)成一個整體，因其結(jié)構(gòu)簡單、使用效率高、成本價格便宜、可實現(xiàn)量化生產(chǎn)，無刷直流電機可通過其上述優(yōu)點，滿足大批量、低成本的電子市場發(fā)展需要，形成電機市場的另一大規(guī)模經(jīng)濟。高投入、高產(chǎn)出的無刷直流電機市場，應(yīng)注意中小功率的無刷直流電機市場，例如空調(diào)電機變相的形式，為保證無刷直流電機的應(yīng)用范圍更加開闊，解決無刷直流電機相序測定方法成為當(dāng)務(wù)之急。