解讀直流無刷永磁電機(jī)

劉國興

（南京萬聯(lián)機(jī)電有限公司，江蘇 南京 210000）

直流無刷永磁電機(jī)具有廣闊的發(fā)展空間，將直流電作為電源，整體的結(jié)構(gòu)與同步電機(jī)相似。內(nèi)部繞組中的電流為交流電，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)較高，同時(shí)沒有轉(zhuǎn)子損耗，促使其整體的效率較高，電源的頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持同步狀態(tài)，利用永久磁鐵產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場，為人們提供動(dòng)力，達(dá)到驅(qū)動(dòng)的目的。

1 無刷直流電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)分析

直流無刷永磁電機(jī)呈現(xiàn)出明顯的特點(diǎn)，其電動(dòng)的容量范圍較大，甚至可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行定制，現(xiàn)有的種類較多，低頻轉(zhuǎn)矩較大，低速狀態(tài)時(shí)可以達(dá)到理論轉(zhuǎn)矩輸出，甚至其激活轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到幾倍，高精度運(yùn)轉(zhuǎn)小于1rin/m，調(diào)速裝置效率較高，過載容量較高，負(fù)載轉(zhuǎn)矩變動(dòng)在200%以內(nèi)輸出轉(zhuǎn)速不發(fā)生變化。整體的體積彈性較大，在設(shè)計(jì)過程中，可以根據(jù)要求設(shè)計(jì)為各種形狀，以滿足不同的需求。制動(dòng)性能良好，可以實(shí)現(xiàn)高頻度的快速激活，并且在該過程中不會(huì)出現(xiàn)發(fā)燙情況，為人們提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。無刷直流電動(dòng)機(jī)呈現(xiàn)出高轉(zhuǎn)矩、高精度以及高效率，相比于其他傳統(tǒng)類型的電機(jī)更具有優(yōu)勢，滿足現(xiàn)階段的發(fā)展需求[1]。無刷直流電機(jī)沒有碳刷與換向器，進(jìn)而不需要考慮維修保養(yǎng)問題，同時(shí)由于永磁轉(zhuǎn)子的存在，沒有激磁損耗的問題，綜合效率較高，低速轉(zhuǎn)矩更大，激活轉(zhuǎn)矩可以超過定額的幾倍，轉(zhuǎn)速精度可實(shí)現(xiàn)1/3000，不受負(fù)載變動(dòng)與電壓因素的影響，更具有應(yīng)用優(yōu)勢。

2 直流無刷永磁電機(jī)的機(jī)械性與控制特性

直流無刷永磁電機(jī)屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品，由驅(qū)動(dòng)器與電動(dòng)機(jī)主體組成，將其定子繞組做成三相對稱星形接法，以保證其運(yùn)轉(zhuǎn)。通過位置傳感器對永磁無刷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性進(jìn)行檢測。對于驅(qū)動(dòng)器來說，包含集成電路與功率電子器件，充分發(fā)揮出自身的功能，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止，并控制制動(dòng)信號，通過信號明確其狀態(tài)。還可以接受正反轉(zhuǎn)信號與位置傳感器信號，靈活利用控制逆變橋進(jìn)行功率控制，最終產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩。速度反饋信號與接受速度指令通過信號進(jìn)行控制，合理調(diào)整轉(zhuǎn)速，并保護(hù)其顯示，以達(dá)到實(shí)際的要求[2]。直流無刷永磁電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，通過兩相繞組通電，依次改變一種狀態(tài)，其由定子繞組產(chǎn)生的磁場軸線在空間的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為60°，同時(shí)轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的角度也為60°，由于轉(zhuǎn)子的位置產(chǎn)生變化，導(dǎo)致位置傳感器產(chǎn)生新編碼，最終造成功率管的導(dǎo)通組合發(fā)生明顯的變化，定子繞組產(chǎn)生的磁場軸再次前進(jìn)60°。通過其循環(huán)運(yùn)行，促使直流無刷永磁電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生連續(xù)的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，達(dá)到運(yùn)行的目的。實(shí)際上，直流無刷永磁電動(dòng)機(jī)通過自身進(jìn)行換向，與傳統(tǒng)的利用逆變器進(jìn)行換向存在明顯的不同，因此被人們稱為自控式同步電機(jī)。無刷直流電機(jī)的位置傳感器編碼通過兩相繞組合成磁場軸線位置，轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子磁場軸線位置，因此現(xiàn)階段的轉(zhuǎn)子位置無論在何處，其電機(jī)均可以產(chǎn)生較強(qiáng)的動(dòng)力，滿足現(xiàn)階段的實(shí)際需求[3]。

3 直流無刷永磁電機(jī)的控制結(jié)構(gòu)與控制原理

直流無刷電機(jī)是同步電機(jī)的一種，由此可知電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速直接受到電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場速度與轉(zhuǎn)子級數(shù)的影響，實(shí)現(xiàn)了在固定轉(zhuǎn)子數(shù)固定的基礎(chǔ)，通過改變旋轉(zhuǎn)磁場的頻率促使當(dāng)前的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速得到控制，以滿足發(fā)展的需求。在運(yùn)行過程中，直流無刷電機(jī)為同步電機(jī)加上電子控制進(jìn)行旋轉(zhuǎn)磁場的頻率控制，將當(dāng)前的電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行合理的校正，以保證其發(fā)出特殊的性能。直流無刷驅(qū)動(dòng)器包括電源部分與控制部分，現(xiàn)階段的三相電源給電機(jī)給電，利用控制部分轉(zhuǎn)換輸入電源頻率。對于控制部分來說，利用脈沖寬度調(diào)制決定，控制功率晶體管的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)頻率的轉(zhuǎn)換。負(fù)載變動(dòng)過程中，應(yīng)用直流無刷電機(jī)，保證速度穩(wěn)定于設(shè)定值，避免出現(xiàn)太大的速度變動(dòng)，同時(shí)利用內(nèi)部的感應(yīng)磁場進(jìn)行傳感器控制，明確速度的回路控制，作為相序控制的依據(jù)[4]。通過控制感應(yīng)器感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，利用其定子優(yōu)勢進(jìn)行開關(guān)的控制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子與磁鐵的相互作用，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到另一位置時(shí)，可以根據(jù)現(xiàn)階段的實(shí)際情況進(jìn)行下一組功率晶體管的控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的循環(huán)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)子。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的實(shí)際情況進(jìn)行速度控制，明確信號的變化，同時(shí)利用運(yùn)算決定下一組的變化。

電機(jī)通過磁場作為媒介，實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，因此需要在電機(jī)內(nèi)部建立電能轉(zhuǎn)變需求的氣隙磁場，現(xiàn)階段主要有兩種方法：一種是在電機(jī)繞組中產(chǎn)生流通電流，需要有專門的繞組與相應(yīng)的裝置進(jìn)行，持續(xù)供給能量保證電流流動(dòng)，常見同步電機(jī)與直流電機(jī)；另一種為永磁體，通過永磁體產(chǎn)生磁場進(jìn)行，靈活利用該方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)結(jié)構(gòu)的簡化，對能量進(jìn)行節(jié)約，達(dá)到運(yùn)行的目的。去無刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組放在定子中，轉(zhuǎn)子選擇永磁材料，具有恒定的磁性，滿足實(shí)際的需求[5]。

3 結(jié) 語

綜上所述，在當(dāng)前的時(shí)代背景下，人們對于電動(dòng)機(jī)提出全新的要求，無刷直流電動(dòng)機(jī)作為一種新型的電動(dòng)機(jī)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，與傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)相比更具有優(yōu)勢，性能較為優(yōu)越，屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品，靈活利用先進(jìn)的學(xué)科技術(shù)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了整體性能的控制與優(yōu)化，為人們提供良好的驅(qū)動(dòng)力，達(dá)到運(yùn)行的要求。