永磁无刷直流电机电路计算模型及其换相分析
余莉，刘合祥易龙芳(1南京信息工程大学信息与控制学院，南京210044；2东南大学电气工程学院，南京210096；3南通大学电气工程学院，南通226009)
摘要：在两相导通三相星形六状态永磁无刷直流电机中，其实际电动热平顶宽度可能小于120。电角度，本文在分析其运行模式式的基础上，建立了没及绕组电感的稳态电路模型，并对其换相过程进行了详尽的分析计算，给出其相电流的解析表达式，分析出换拥前绕组电流迅速增大的原因，其分析计算结果与仿真结果以及实际测量值基本一致：
关键词：电路模型；直流电动机；反电势平顶宽度；相电流波形
0 引 言
本文即是从两相导通三相星形六状态方波永磁元刷直流电机的反电势波形人手，建立了计及绕组电感的电路模型，并且对反电势波形平顶宽度小于120。电角度时的换相过程进行详尽的分析计算，推导出相电流的解析表达式。
1 电路模型
在永磁无刷直流电机中，其定子绕组一般为多相对称，以某一相为例，其端电压方程为
势，由于绕组中的电流随时间变化引起，在永磁无刷直流电机中变压器电势仅在电机换相时存在。
在两相导通三相六状态是星形方波永磁无刷直流电动机中，理想情况下，旋转电势e(￡)为梯形波，如图l所示，e(￡)的幅值为：
两相导通三相六状态星形连接方波永磁无刷直流电动机的等效电路，如图2所示。
2.换相过程分析
在两相导通三相六状态星形永磁无刷直流电动机中，电机整个运行过程分为换相和导通两种运行模式，六种运行状态即Ac_Bc→BA→cA→cB→AB，理想情况下，电机的三相绕组在空间分布上完全对称，各相绕组的等效电路参数完全相等，忽略管压降，功率管和续流二极管的导通与关断在瞬间完成，反电势e(f)的波形为图1所示典型的梯形波，电机处于理想换相模式，转子每转过60。电角度就换相一次。
反电势的平顶波宽度为χ，一般都假设x大于或等于120°电角度，如图3所示，而实际的极数／槽数为2／3的永磁无刷直流电机，为防止极间漏磁较大，其永磁体的极弧角会小于180°电角度，另外还有槽开口的影响，换相时其反电势的波形并没有达到****值，也就是其平顶宽度要小于120。电角度，其理想的反电势波形如图3(c)所示。可以根据图3(c)列出ABc兰相的反电势的表达式：以Ac—Bc换相为例，其换相前后的电路如图4所示。  
t2期间，因为A相反电势值的减小，电路中的电流会增大；当t2≤t≤t2时，A相电路直接短路，没有电源供电，所以电流迅速下降到O；当t6≤f≤f，时，a相绕组反向导遒，由于a相绕组反电势还没有增大到负向最小值，所示相电流负向快速增大，当t7≤t≤t8时，反电势达到负的最小，相电流负向增大的速度变缓(只受电感、电阻电路的利问常数的影响)，并慢慢趋趋于稳定；直到≤t8≤t9时，B相的反电势F降使A相电流又开始迅速负向增大；t9时刻开始BA—cA换相，A相电流开始减小，当换相结束又开始负向增大并趋于稳定；当t11≤t≤t12时，因为A相反电势的减小而使A相电流增大，t12时A相供电电压切断，电流迅速下降到0。图5(b)为仿真的相电流波形，图5(c)为实测的一永磁无刷直流电机的相电流波形，电机的参数为：供电电压．300 V，输出功率：zOO w，转速4 000 r／min。从图5可以看出，前面的分析计算结果与实际情况吻合的较好。
3结语
当反电势波形已知时，还可以对电机及其控制系统的运行情况进行精确地仿真，得到电流的波形和正确的控制策略。因此需要对反电势波形进行较准确的分析估算；本文从磁场分析人手，对电枢感应电动势波形进行了分析计算，根据磁场分析出的磁通波形来计算电动势波，指冉电动势平顶宽度小于120°电角度的原因，分析的结果和实际测量波形吻合的较好。
然后根据实际的电动势波形，重点推导了三相六状态永磁无刷直流电机电动势平顶宽度小于120°
电角度时的电流波形，分析的结果和实测的结果完全一致。进一步指出了电枢电流换相时出现兴奋峰脉冲的原因。 |
