(1)水磁无刷直流电动机的结构 永磁无刷电动机可以视为一台用电子换向装置代替机械换向装置的直流电动机,永磁无刷直流电动机主要由永磁电动机本体、转子位置传感器以及电子换向电路组成。无论是结构还是控制方式,永磁无刷直流电动机与传统的直流电动机都有很多相似之处:用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极;用具有多相绕组的定子代替电枢;用由固态逆变器及轴位置检测器组成的电子换向器取代机械换向器和电刷。 (2)永磁无刷直流电动机的性能 永磁无刷直流电动机在工作时,直接将方波(矩形脉冲波)电流输入其定子中,控制永磁无刷直流电动机转动。矩形脉冲波电流可以使电动机得到较大的转矩。永磁无刷直流电动机的优点为效率高(比交流电动机高6%)、出力大、高速操作性能好、无电刷、结构简单牢固、免维护或少维护、体积小、重量轻。输出转矩和转动惯量比值大于相似的三相感应电动机。永磁电动机在材料的电磁性能、磁极数量、磁场衰退等多方面的性能均优于其他种类的电动机。若输出的波形不好,会发生较大的转矩冲击式输出,影响电动机的低速性能,电流损耗大,工作噪声大。 由于电流反馈控制的无刷直流电动机具有近似正弦气隙磁通密度和正弦定子反馈电流,因此它要比同样体积的永磁同步电动机的输出功率大15%。在同样转速的情况下,电流反馈控制的无刷直流电动机输出的转矩比永磁同步电动机也要大15%。但是无刷直流电动机的损耗、噪声和转矩波动,均比永磁同步电动机大,对无刷直流电动机的使用带来一些影响。
(3)永磁无刷直流电动机的控制系统 永磁无刷直流电动机具有很高的功率密度及宽广的调速范围。永磁无刷直流电动机的控制系统比较复杂,有多种控制策略,采用方波电流(实际上方波为顶宽不小于120°的矩形波)的永磁无刷直流电动机的控制则较为容易,驱动效率也最高。
永磁无刷直流电动机的基本控制系统由直流电源、电容器、三相绝缘栅双极晶体管(IGBT)逆变器、永磁无刷直流电动机( PMBDO)、电动机转轴位置检测器(PS)、逻辑控制单元120°导通型脉宽调制信号发生器(PWM)驱动电路以及其他一些电子器件共同组成。
转轴位置检测器检测转轴位置的信号,并且经过位置信号处理,将信号输送到逻辑控制单元,码盘检测电动机的转速,通过速度反馈单元、速度调节器,对电动机的运行状态进行判别,将信号输送至逻辑控制单元,经过逻辑控制单元计算后,将控制信号传送到PWM发生器。
电流检测器根据闭环控制方式,将反馈电流进行综合,经过电流调节器调控,也将电流信号输入PWM发生器。
由转轴位置检测器依据转角θ和速度调节器对电动机的运行状态进行判别,共同发出转子位置的信号DA、DB、DC,以及电流检测器对电流的调控信号,共同输入PWM发生器后,产生脉宽调制的信号,自动换流来改变定子绕组的供电频率及电流的大小,控制逆变器功率开关元件的导通规律。如图2-8所示,逆变器的功率开关由上半桥开关元件S1~S3与下半桥开关元件S4~S6组成,在同一时刻只有处于不同桥臂上的一只开关元件(IGBT)被导通(例如S1和S6),电动机的电磁转矩和开关元件导通的电流成正比。
