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(wú)刷直流電機(jī)憑借體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)的諸多特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生活中，無(wú)刷直流電機(jī)采用電子裝置取代以往的機(jī)械改變方向的裝置，同時(shí)保留其機(jī)械功能，依靠傳感器和繞組間的聯(lián)系實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速功能。

1 電機(jī)控制電路

無(wú)刷直流電機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)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(gè)晶體管導(dǎo)通， 1／6周期間隔后換相一次，每個(gè)晶體管導(dǎo)通120°電角度，致使對(duì)應(yīng)繞組保持導(dǎo)通120°電角度，這段周期時(shí)間內(nèi)，流經(jīng)電流方向保持不變，通常采用繞組磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)垂直狀態(tài)的方式，進(jìn)而產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩。

晶體管的換相信號(hào)從位置傳感器的輸出信號(hào)得到，即傳感器的信號(hào)狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)候就是換相的時(shí)候，因此保證傳感器與繞組的對(duì)應(yīng)關(guān)系，已達(dá)到無(wú)刷直流電機(jī)的穩(wěn)定正常運(yùn)行這一目的。

2 電機(jī)相序測(cè)定方法

傳感器的信號(hào)改變直接影響電機(jī)的正常工作，在無(wú)刷直流電機(jī)組成系統(tǒng)中有著重要用途。通過(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)位置，確定傳感器信號(hào)的輸出狀態(tài)，為控制電路提供準(zhǔn)確的變相信號(hào)?；魻杺鞲衅魇菬o(wú)刷直流電機(jī)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(duì)應(yīng)，為確保發(fā)出正確的換向信號(hào)，在無(wú)刷直流電機(jī)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(hào)、繞組通過(guò)的電流和電動(dòng)勢(shì)的相位對(duì)應(yīng)情況如下圖。

由于傳感器的輸出信號(hào)多次變換，將無(wú)刷直流電機(jī)在一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)分為六個(gè)階段，同時(shí)對(duì)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(gè)階段，其中60°安裝方式可以理解為在120°安裝的時(shí)候把一個(gè)傳感器元件反轉(zhuǎn)180°進(jìn)行安裝，各元件換相時(shí)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(hào)。120°安裝方式，3個(gè)傳感器的輸出信號(hào)構(gòu)成的控制變量為001-110。60°安裝方式，其輸出信號(hào)為000和111的狀態(tài)變量，兩者的輸出信號(hào)不同，其換相表也是不同。通過(guò)分析傳感器的輸出信號(hào)狀態(tài)可判定傳感器是120°和60°兩種安裝方式的哪一種。

無(wú)刷直流電機(jī)采用三相星形連接方式，其繞組電動(dòng)勢(shì)等效結(jié)果如下：如果電機(jī)三相對(duì)稱(chēng)，磁路無(wú)其他損耗，繞組間的電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)，i為通過(guò)繞組的電流，uN為三相繞組中點(diǎn)電壓。L為三相繞組互感與自感的合成電感。在電機(jī)三相繞組均斷路的時(shí)候，即通過(guò)繞組的電流為零，對(duì)應(yīng)的有下面電壓關(guān)系。

對(duì)于電動(dòng)勢(shì)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(jī)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(duì)傳感器120°安裝方式的分析，取得相應(yīng)的電位關(guān)系，對(duì)于無(wú)刷直流電機(jī)的維修和改進(jìn)具有重要的科學(xué)意義。對(duì)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(duì)應(yīng)的相位圖，以方便測(cè)定無(wú)刷直流電機(jī)的相序。通過(guò)對(duì)兩種安裝方式的研究，可提升無(wú)刷直流電機(jī)的用途，促進(jìn)其在電子市場(chǎng)中的應(yīng)用。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的小功率機(jī)型是發(fā)展較快的種類(lèi)。憑借直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，以其功能方面的多種形式，占有一定規(guī)模的市場(chǎng)。包括計(jì)算機(jī)外存儲(chǔ)器以及多媒體設(shè)備的主軸驅(qū)動(dòng)，小功率通風(fēng)機(jī)的電機(jī)組成結(jié)構(gòu)，電動(dòng)自行車(chē)采用的多極、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)等等。以上無(wú)刷直流電機(jī)的本身和電路構(gòu)成一個(gè)整體，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用效率高、成本價(jià)格便宜、可實(shí)現(xiàn)量化生產(chǎn)，無(wú)刷直流電機(jī)可通過(guò)其上述優(yōu)點(diǎn)，滿足大批量、低成本的電子市場(chǎng)發(fā)展需要，形成電機(jī)市場(chǎng)的另一大規(guī)模經(jīng)濟(jì)。高投入、高產(chǎn)出的無(wú)刷直流電機(jī)市場(chǎng)，應(yīng)注意中小功率的無(wú)刷直流電機(jī)市場(chǎng)，例如空調(diào)電機(jī)變相的形式，為保證無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用范圍更加開(kāi)闊，解決無(wú)刷直流電機(jī)相序測(cè)定方法成為當(dāng)務(wù)之急。