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“通過改變電源的極性，DC電機的電樞可以輕松地向前和向后旋轉(zhuǎn)。無刷DC永磁電機也是這樣嗎？”聽S女士解釋說，無刷DC永磁電機和有刷DC電機具有相同的運行機制，因此她請S女士參考。女士一時語塞，無言以對。稍微調(diào)整了一下思路，沈老師慢慢解釋了小s的問題。需要注意的是，無刷DC永磁電機是靠轉(zhuǎn)子位置傳感器運行的，不可能通過改變電源極性來控制正反轉(zhuǎn)！

無刷直流永磁電動機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)方法

無刷DC永磁電機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)有兩種方式：

安裝了兩組轉(zhuǎn)子位置傳感器。

利用一套轉(zhuǎn)子位置傳感器，通過邏輯電路改變功率開關(guān)晶體管的導通順序，從而實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。

可以說，轉(zhuǎn)子位置傳感器控制的功率開關(guān)晶體管的導通順序決定了無刷DC永磁電機的電樞磁勢矢量轉(zhuǎn)向哪個方向，也就決定了電機的轉(zhuǎn)向。真的不是由電源極性決定的。加載在無刷DC永磁電機電樞繞組上的電源極性總是變化的。

有刷直流永磁電動機正反轉(zhuǎn)原理

為了分析無刷DC永磁電機的正反轉(zhuǎn)原理，本文討論了無刷DC永磁電機的正反轉(zhuǎn)。

圖1顯示了有刷永磁DC電機的正反轉(zhuǎn)原理。在圖1(a)中磁極下電樞電流分布的情況下，從左手定則或畢奧薩法爾定律可知，電樞將順時針旋轉(zhuǎn)。如果改變電樞電流的方向，使其產(chǎn)生的電樞磁場與圖1(a)所示方向相反，即電樞會逆時針旋轉(zhuǎn)，如圖1(b)所示。如果圖1(b)中電樞電流的方向保持不變，并且定子磁場旋轉(zhuǎn)180度電角度，如圖1(c)所示，電樞將再次順時針旋轉(zhuǎn)。

圖1

綜合以上分析可以得出，只要定子和轉(zhuǎn)子磁場中只有一個磁場，電機相對于原磁場方向旋轉(zhuǎn)180電角度，就會改變旋轉(zhuǎn)方向。因此，在有刷永磁DC電機中，通過改變電源電壓的極性，可以改變電樞電流的方向，從而改變其旋轉(zhuǎn)方向，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。實際接線如圖2所示。

圖2

無刷直流永磁電動機如何正反轉(zhuǎn)？

無刷DC永磁電機的正反轉(zhuǎn)不能通過改變電源電壓的極性來實現(xiàn)，但其正反轉(zhuǎn)原理與無刷DC永磁電機相同。圖3示出了旋轉(zhuǎn)期間四相星形無刷DC永磁電機的定子和轉(zhuǎn)子磁場之間的關(guān)系。每相繞組的導通角為90電角度，其對應的驅(qū)動信號如圖4所示。

圖3

在圖3中，我們可以看到：

1)當t=t1時，U相繞組通電，電流方向和轉(zhuǎn)子永磁體位置如圖3(a)所示狀態(tài)，永磁體轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)。此時，如果W相繞組通電，定子磁場將相對于圖3(a)中的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)180電角度，并且如圖3(a’)中的狀態(tài)所示，永磁體轉(zhuǎn)子將逆時針旋轉(zhuǎn)。

2)當t=t2時，V相繞組通電，永磁轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)，如圖3(b)所示狀態(tài)。此時，如果圖3(a’)逆時針轉(zhuǎn)到圖3(b’)所示的狀態(tài)，定子磁場將與圖3(b)所示的方向相同。此時永磁轉(zhuǎn)子磁場將相隔180電角度，轉(zhuǎn)子將繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)。

3)當t=t3時，W相繞組通電，永磁轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)，如圖3(c)所示狀態(tài)。此時，如果圖3(b)逆時針轉(zhuǎn)到圖3(c)所示的狀態(tài)，并且U相繞組被激勵，定子磁場將相對于圖3(c)所示的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)180電角度，并且轉(zhuǎn)子將如圖3所示的狀態(tài)逆時針旋轉(zhuǎn)(

從上面的分析可以看出，當無刷DC永磁電機電樞繞組的通電狀態(tài)按(a)-(b)-(c)-(d) -(a)的順序連續(xù)變化時，永磁轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)；如果電樞繞組的通電狀態(tài)以(a’)-(b’)-(c’)-(d’)-(a’)的順序連續(xù)變化，永磁轉(zhuǎn)子將逆時針旋轉(zhuǎn)。比較狀態(tài)(a)和(a’)、( b)和(b’)、( c)和(c’)、( d)和(d’)，可以發(fā)現(xiàn)它們之間的區(qū)別在于，或者換向電機的定子磁場與正轉(zhuǎn)電機的定子磁場相差180電角度，或者換向電機的永磁轉(zhuǎn)子磁場與正轉(zhuǎn)電機的永磁轉(zhuǎn)子磁場不同。這與有刷DC永磁電機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的原理是一致的。

圖4

無刷直流永磁電機正反轉(zhuǎn)控制原理圖

如何實現(xiàn)無刷DC永磁電機電樞繞組通電狀態(tài)在圖3所示狀態(tài)下從(a)-(b)-(c)-(d) -(a)到(a)-(c)-(d)-(a)的連續(xù)變化？電機電樞繞組的通電由驅(qū)動信號控制。當電機順時針旋轉(zhuǎn)時，其相繞組U、V、W和X分別對應于驅(qū)動信號UU、UV、UW和UX— 1。我們需要按照以下步驟改變驅(qū)動信號的驅(qū)動對象，從而控制無刷永磁同步電機反轉(zhuǎn)或逆時針旋轉(zhuǎn)。

010-350002

初始狀態(tài)

在U相繞組應該通電的轉(zhuǎn)子位置，U相繞組不通電，W相繞組通電，即此時驅(qū)動信號Uu驅(qū)動W相繞組，給W相繞組通電，從而實現(xiàn)從狀態(tài)(a)到(a’)的切換。

轉(zhuǎn)過90電角度

此時順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)向相反，即轉(zhuǎn)子磁場相差180電角度，定子電樞磁場同向，這樣逆時針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁極可以繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)。因此，同樣的UV驅(qū)動V相繞組并給V相繞組通電，從而實現(xiàn)從狀態(tài)(B)到(B’)的切換。

圖5

轉(zhuǎn)過180電角度

此時，順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)向相同的方向，即轉(zhuǎn)子磁場與初始狀態(tài)相差180電角度。在應該給W相繞組通電的轉(zhuǎn)子位置，應該給U相繞組通電而不是給W相繞組通電，即此時用驅(qū)動信號UW驅(qū)動U相繞組給U相繞組通電，從而實現(xiàn)從狀態(tài)(C)到(C’)的切換。

轉(zhuǎn)過270電角度

此時，順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)向相反的方向，即轉(zhuǎn)子磁場相差180電角度，只有當定子電樞磁場同向時，逆時針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁極才能繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)。因此，同一個UX驅(qū)動X相繞組并激勵X相繞組，從而實現(xiàn)從狀態(tài)(D)到(D’)的切換。

轉(zhuǎn)過360電角度

回到初始狀態(tài)，重復上述過程。

通過使用接觸式或非接觸式聯(lián)動開關(guān)，可以將(a)-(b)-(c)-(d) -(a)的順序連續(xù)改變?yōu)?a')-(b')-(c')-(d') -(a ')的順序，從而實現(xiàn)電機從順時針旋轉(zhuǎn)到逆時針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變。圖5是它的示意圖，其中方框1是聯(lián)動開關(guān)。