直流電動(dòng)機工作原理與控制方法

式中RH ——霍爾系數（ ）；
IH——控制電流（A）；
B——磁感應強度（T）；
d——薄片厚度（m）；
p——材料電阻率（Ω*s）；
u——材料遷移率（ ）；
若在上式中各常數用KH表示，則有
E=KHIHB
　　霍爾元件產(chǎn)生的電動(dòng)勢很低，直接應用很不方便，實(shí)際應用時(shí)采用霍爾集成電路?；魻栐敵鲭妷旱臉O性隨磁場(chǎng)方向的變化而變化，直流無(wú)刷電動(dòng)機的位置傳感器選用開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路。
　　磁阻效應是指元件的電阻值隨磁感應強度而變化，根據磁阻效應制成的傳感器叫磁阻電阻。

三相直流無(wú)刷電動(dòng)機的運行特性
　　要十分精確地分析直流無(wú)刷電動(dòng)機的運行特性，是很困難的。一般工程應用中均作如下假定：
（1）電動(dòng)機的氣隙磁感應強度沿氣隙按正弦分布。
（2）繞組通電時(shí)，該電流所產(chǎn)生的磁通對氣隙所產(chǎn)生的影響忽略不計。
（3）控制電路在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下工作，功率晶體管壓降 為恒值。
（4）各繞組對稱(chēng)，其對應的電路完全一致，相應的電氣時(shí)間常數忽略不計。
（5）位置傳感器等控制電路的功耗忽略不計。
　　由于假設轉子磁鋼所產(chǎn)生的磁感應強度在電動(dòng)機氣隙中是按正弦規律分布的，即B=BMsinθ 。這樣，如果定子某一相繞組中通一持續的直流電流，所產(chǎn)生的轉矩為
TM=ZDLBMrIsinθ
式中， ZD——每相繞組的有效導體數；
L——繞組中導線(xiàn)的有效長(cháng)度，即磁鋼長(cháng)度；
r——電動(dòng)機中氣隙半徑；
I——繞組相電流。
　　就是說(shuō)某一相通以不變的直流后，它和轉子磁場(chǎng)作用所產(chǎn)生的轉矩也將隨轉子位置的不同而按正弦規律變化，如圖5所示。

圖5 在恒定電流下的單相轉矩
　　它對外負載講，所得的電動(dòng)機的平均轉矩為零。但在直流無(wú)刷電動(dòng)機三相半控電路的工作情況下，每相繞組中通過(guò)1/3周期的矩形波電流。該電流和轉子磁場(chǎng)作用所產(chǎn)生的轉矩也只是正弦轉矩曲線(xiàn)上相當于1/3周期的一段，且這一段曲線(xiàn)與繞組開(kāi)始通電時(shí)的轉子相對位置有關(guān)。顯然在圖6 a所示的瞬間導通晶體管，則可產(chǎn)生最大的平均轉矩。因為在這種情況下，繞組通電120度的時(shí)間里，載流導體正好處在比較強的氣隙磁場(chǎng)中。所以它所產(chǎn)生的轉動(dòng)脈動(dòng)最小，平均值較大。習慣上把這一點(diǎn)選作晶體管開(kāi)始導通的基準點(diǎn)，定為 。在 =0度的情況下，電動(dòng)機三相繞組輪流通電時(shí)所產(chǎn)生的總轉矩如圖6b 所示。

圖6 三相直流無(wú)刷電動(dòng)機半空橋轉矩
　　如若晶體管的導通時(shí)間提前或滯后，則均將導致轉矩的脈動(dòng)值增加，平均值減小。當 =30度時(shí)，電動(dòng)機的瞬時(shí)轉矩過(guò)零點(diǎn)，這就是說(shuō)，當轉子轉到某幾個(gè)位置時(shí)，電動(dòng)機產(chǎn)生的轉矩為零，電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生死點(diǎn)。當 ≥30度后，電動(dòng)機轉矩的瞬時(shí)值將出現負值，則總輸出轉矩的平均值更小。因此，在三相半控的情況下，特別是在起動(dòng)時(shí)， 不宜大于30度，而在直流無(wú)刷電動(dòng)機正常運行時(shí)，總是盡力把 角調整到0度，使電動(dòng)機產(chǎn)生的平均轉矩最大。當 =0度時(shí)，可以求得輸出轉矩的平均值 ：

　　電動(dòng)機在電動(dòng)轉矩的作用下轉動(dòng)后，旋轉的轉子磁場(chǎng)就要切割定子繞組，在各相繞組上感生出電動(dòng)勢，當其轉速n不變時(shí)，該電動(dòng)勢波形也是正弦波，相位同轉矩相位一致。在本電路中，每相繞組在一個(gè)周期中只通電 ，因此僅在這 期間對外加電壓起作用。所以對外加電壓而言，感生電動(dòng)勢波形如圖7所示。

圖7 三相直流無(wú)刷電動(dòng)機半控電路的反電動(dòng)勢
　　同理可按下式求得感生電動(dòng)勢的平均值 ：

　　從上面的平均轉矩和平均反電動(dòng)勢，便可求得直流無(wú)刷電動(dòng)機穩定運行時(shí)的電壓平衡方程式，為此首先定義反電動(dòng)勢系數和轉矩系數：

　　對于某個(gè)具體的電動(dòng)機，它們?yōu)槌?。當然，其大小同主回路的接法以及功率晶體管的換相方式有關(guān)。