????????直流無刷電動(dòng)機(jī)是一種自控變頻的永磁同步式電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器、電子開關(guān)電路三部分組成，其各部分的具體介紹如下所示：

（1）電動(dòng)機(jī)本體

電動(dòng)機(jī)本體互換了普通直流電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子，從而使其轉(zhuǎn)子變成了永久磁鐵，用于產(chǎn)生氣隙磁通；定子作為電樞，由多相繞組組成，經(jīng)由驅(qū)動(dòng)器接到直流電源上。在整體結(jié)構(gòu)上，有刷直流電動(dòng)機(jī)類似與永磁式同步電動(dòng)機(jī)。

（2）轉(zhuǎn)子位置傳感器

轉(zhuǎn)子位置傳感器是直流無刷電動(dòng)機(jī)的核心部件，有電磁感應(yīng)式、光電式、磁敏式等幾種結(jié)構(gòu)形式，用于代替直流電機(jī)的電刷，用于提供電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與定子的相對(duì)位置，對(duì)電動(dòng)機(jī)的特性具有很大的影響。

（3）電子開關(guān)電路

電子開關(guān)電路由功率開關(guān)管和邏輯控制電路組成，用于控制電動(dòng)機(jī)定子繞組通電的順序和導(dǎo)通的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)電子換向（各相依次通電產(chǎn)生電流，跟轉(zhuǎn)子主磁場作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩）。

直流無刷電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成如圖

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無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理

針對(duì)直流無刷電動(dòng)機(jī)，當(dāng)其換向由可關(guān)斷器件控制和完成時(shí)，可等效于有三個(gè)換向片的直流電動(dòng)機(jī)。此時(shí)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上的限制，電樞繞組以及變頻器通常處于靜止不動(dòng)的狀態(tài)，而磁極處于旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，其工作原理以及具體分析如下圖2中的（a）（b）（c）所示。

通過對(duì)圖2進(jìn)行分析可以看出：

（1）當(dāng)電機(jī)的電樞按照一定的順序依次轉(zhuǎn)過60度時(shí)，直流電機(jī)的位置情形如圖4-2（a）所示。

（2）基于直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性能，當(dāng)磁極和電機(jī)電刷向相反的方向按照一定的順序依次轉(zhuǎn)過60度時(shí)，電樞之中各導(dǎo)體電流也不會(huì)有所變化，從而可以確定電機(jī)電樞和換向器在空間的位置沒有發(fā)生變化，

具體如圖2（b）所示。

（3）通過進(jìn)一步的分析還可以得到：如果利用半導(dǎo)體的“開關(guān)”來代替機(jī)械的換向器，并且按照次序依次觸發(fā)其相對(duì)應(yīng)的晶閘管，從而使得晶閘管6，1→1，2→2，3……順次導(dǎo)通，則相對(duì)應(yīng)的磁極或者轉(zhuǎn)子也會(huì)按照一定的次序轉(zhuǎn)過60度，詳細(xì)的情形如圖2（c）所示。

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圖2

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（a）電樞旋轉(zhuǎn)（b）磁極旋轉(zhuǎn)?（c）無刷直流電動(dòng)機(jī)

??????此外，還可以換一個(gè)角度來對(duì)直流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)情形進(jìn)行分析，比如從磁場的角度。這個(gè)時(shí)候，當(dāng)晶閘管1和晶閘管6導(dǎo)通時(shí)，經(jīng)過分析可以看出，電流的流通回路如下所示：

電源的正級(jí)→晶閘管1→A相的繞組→B相繞組→晶閘管6→電源的負(fù)極

?????此時(shí)，電樞的磁勢(shì)指向發(fā)生變化，指向垂直于C相繞組的位置，具體如圖2（c）中Fa這個(gè)量所示。同時(shí)，磁極的位置為圖中方向F0，代表電樞磁場的Fa與代表勵(lì)磁磁場的F0之間的夾角呈120度。當(dāng)轉(zhuǎn)子按照順時(shí)針的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)到F01位置，會(huì)使得F01與代表電樞磁場的Fa之間的夾角呈90度，從而得到直流電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。

?????之后，轉(zhuǎn)子順序繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到F02位置時(shí)，會(huì)使得F02與代表電樞磁場的Fa之間的夾角呈60度，此時(shí)通過控制電路的調(diào)節(jié)，晶閘管2被觸發(fā)的同時(shí)導(dǎo)通，晶閘管6被關(guān)斷，電樞電流回路的流通方向發(fā)生變化，此時(shí)的流向如下：

電源的正極→晶閘管1→A相繞組→C相繞組→晶閘管2→電源的負(fù)極

此時(shí)，當(dāng)電樞磁場Fa轉(zhuǎn)過60度，代表電樞磁場的Fa與代表勵(lì)磁磁場的F0之間的夾角就會(huì)重新變?yōu)?/span>120度，具體分析如圖2（c）所示的情形。

以上的過程周而復(fù)始的進(jìn)行，使得代表電樞磁場的Fa與代表勵(lì)磁磁場的F0之間的夾角始終在60度～120度的范圍內(nèi)變化，在旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁磁場和電樞磁場的交互作用下，會(huì)使得直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子連續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)。

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綜合以上的分析可以看出：

????晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間是120電角度，晶閘管的關(guān)斷時(shí)間是60電角度，而每轉(zhuǎn)過60電角度就會(huì)有一只晶閘管發(fā)生換相。

????為此，就必須要求隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，相應(yīng)的晶閘管能夠周期性地觸發(fā)或者關(guān)斷，從而保證了電樞磁場和勵(lì)磁磁場能夠保持同步。上述的任務(wù)通常由位置檢測器來完成。

????由于電動(dòng)機(jī)定子電樞電流是直接由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制的，這樣，電動(dòng)機(jī)速度升高或降低時(shí)，位置檢測器輸出信號(hào)的頻率也就會(huì)隨著升高或降低，電樞電流頻率及其旋轉(zhuǎn)磁場速度隨之升高或降低，始終能保持與勵(lì)磁磁場相對(duì)位置不變的關(guān)系，因此這種電機(jī)不會(huì)存在失步的問題，也就是能夠維持頻率自控的狀態(tài)。

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作者：工控小誠???來源：中國工控網(wǎng)