05.13 如何解讀無刷直流永磁電機電樞磁勢矢量?

“難道無刷直流永磁電機上也能用旋轉磁勢矢量法?”小S若有所思地問Ms.參,顯然Ms.參一通跳躍式電樞磁勢矢量的解說觸動了小S的靈感,竟然一語道破天機。

如何解讀無刷直流永磁電機電樞磁勢矢量?

旋轉磁勢矢量法解析各類電機

事實上,各類電機都可以用電樞旋轉磁勢矢量法解析。

● 直流電機

直流電機供電電源極性恆定,但加到電樞線圈上的電壓極性不斷在交變,最終效果是:處於相同極性磁極下的電樞線圈邊,感應電勢、外施電壓極性和流通的電樞電流方向始終保持不變,電樞磁勢矢量始終與磁極磁勢處正交狀態。若站在電樞的方位上,或者說讓電樞不轉、磁極轉(轉或不轉乃相對而言),電樞磁勢矢量無疑為大小不變、與磁極磁勢矢量同步旋轉的旋轉矢量。

如何解讀無刷直流永磁電機電樞磁勢矢量?

● 交流電機

同步電機和異步電機的區別在於轉子轉速與電樞磁場轉速是否相等或同步,同步電機轉子與電樞磁場嚴格同步,異步電機轉子轉速總是低於電樞磁場轉速(同步轉速),轉子導體切割電樞磁場感生電樞電勢,在閉合轉子導條內流過感應電流,感應電流的頻率為轉差頻率(電樞磁場轉速與轉子轉速的差值)。轉子對稱感應電流在多相對稱繞組中流過,同樣會產生大小不變、以恆定轉速旋轉的合成磁勢旋轉波,且與定子旋轉磁勢波同步旋轉。

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● 各種永磁電機

五花八門的各種永磁電機,基於兩種旋轉電樞磁勢波理論:

1)交流電機三相對稱繞組流過三相對稱電流產生數值不變、轉速恆定的合成磁勢;

2)有刷直流電機加載直流電壓、產生電樞電流,在機械換向器的作用下,產生數值不變、相對於電樞旋轉、與勵磁磁場正交且相對靜止的電樞磁場。

如何解讀無刷直流永磁電機電樞磁勢矢量?

無刷直流永磁電機中旋轉磁勢矢量

以圖1所示二相導通星形三相六狀態無刷直流永磁電機為例旋轉磁勢矢量為例,看看“換向”或“換流”過程中無刷直流永磁電機電樞磁勢矢量是如何旋轉的。

如何解讀無刷直流永磁電機電樞磁勢矢量?

圖1

●當時間電角度t=00+時,功率開關晶體管BG1、BG5導通,即由電源正端→BG1→U→V→BG5→電源負端。如圖2(a)所示,由左手定則,線圈邊受到順時針方向電磁力,因電樞線圈靜止,永磁轉子將沿逆時針方向旋轉。轉過600電角度,開始“換向”或“換流”,圖2(b)為“換流”前狀態。

如何解讀無刷直流永磁電機電樞磁勢矢量?

圖2

●當時間電角度t=600+時,功率開關晶體管BG5截止,功率開關晶體管BG1、BG6導通,即由電源正端→BG1→U→W→BG6→電源負端,進入圖3(a)所示轉子永磁體轉過600電角度後“換流”後狀態。電磁力作用下永磁轉子將繼續沿逆時針方向旋轉。再轉過600電角度,又開始“換向”或“換流”,圖3(b)為“換流”前狀態。

如何解讀無刷直流永磁電機電樞磁勢矢量?

圖3

●當時間電角度t=1200+時,功率開關晶體管BG1截止,功率開關晶體管BG2、BG6導通,即由電源正端→BG2→V→W→BG6→電源負端,進入圖4(a)所示轉子永磁體轉過1200電角度後“換流”後狀態。電磁力作用下永磁轉子將繼續沿逆時針方向旋轉。再轉過600電角度,又開始“換向”或“換流”,圖4(b)為“換流”前狀態。

如何解讀無刷直流永磁電機電樞磁勢矢量?

圖4

●當時間電角度t=1800+時,功率開關晶體管BG6截止,功率開關晶體管BG2、BG4導通,即由電源正端→BG2→V→U→BG4→電源負端,進入圖5(a)所示轉子永磁體轉過1800電角度後“換流”後狀態。電磁力作用下永磁轉子將繼續沿逆時針方向旋轉。再轉過600電角度,又開始“換向”或“換流”,圖5(b)為“換流”前狀態。

如何解讀無刷直流永磁電機電樞磁勢矢量?

圖5

●當時間電角度t=2400+時,功率開關晶體管BG2截止,功率開關晶體管BG3、BG4導通,即由電源正端→BG3→W→U→BG4→電源負端,進入圖6(a)所示轉子永磁體轉過2400電角度後“換流”後狀態。電磁力作用下永磁轉子將繼續沿逆時針方向旋轉。再轉過600電角度,又開始“換向”或“換流”,圖6(b)為“換流”前狀態。

如何解讀無刷直流永磁電機電樞磁勢矢量?

圖6

●當時間電角度t=3000+時,功率開關晶體管BG4截止,功率開關晶體管BG3、BG5導通,即由電源正端→BG3→W→V→BG5→電源負端,進入圖7(a)所示轉子永磁體轉過3000電角度後“換流”後狀態。電磁力作用下永磁轉子將繼續沿逆時針方向旋轉。再轉過600電角度,又開始“換向”或“換流”,圖7(b)為“換流”前狀態。

如何解讀無刷直流永磁電機電樞磁勢矢量?

圖7

●當時間電角度t=3600+時,功率開關晶體管BG3截止,功率開關晶體管BG1、BG5導通,即由電源正端→BG1→U→V→BG5→電源負端,進入圖8(a)所示轉子永磁體轉過4200電角度後“換流”後狀態。電磁力作用下永磁轉子將繼續沿逆時針方向旋轉。再轉過600電角度,又開始“換向”或“換流”,圖8(b)為“換流”前狀態。顯然,該步驟開始重複初始狀態,因此與圖1情況完全相同。

如何解讀無刷直流永磁電機電樞磁勢矢量?

圖8

結論

圖2至圖8所示無刷直流永磁電機電樞磁勢和永磁轉子磁勢矢量旋轉情況表明:宏觀上講,無刷直流永磁電機定轉子磁場也是相對靜止的(一定注意“宏觀”二字),從這個意義上表述的話,各類電機旋轉原理是相同的。

以上非官方發佈內容,僅代表個人觀點。


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