四绕组顺序换向无刷直流电机-专业自动化论坛-中国工控网论坛

四绕组顺序换向无刷直流电机点击：4539 | 回复：6

精华：0帖
求助：0帖
帖子：11帖 | 364回
年度积分：0
历史总积分：1954
注册：2010年10月10日

发表于：2010-10-11 16:28:37

楼主

    目前调速电机种类较多，总的分为两类调速，即直流调速和交流调速，最早普遍使用直流电机调速，直流电机的机械特性为直线，稍微下斜。机械特性硬，调速平滑，但换向有触点，容易打火，维修麻烦。随着IGBT功率器件的出现，目前大部分採用交流变频调速电机，交流变频无触点，使用交流电机即可。但交流调速机械特性无论如何都赶不上直流电机的调速特性。
随着时间推移，又出现了直流无刷电机，直流无刷电机具有接近有刷直流电机机械特性但是它的设计思路受交流电机三相旋转磁场概念影响，其机械特性还是不能与有刷直流电机的机械特性比美。
    本文基于直流电机的结构，推出一种新的无刷直流电机系统，对直流电机的结构进行改造，仅採用四对大功率IGBT功率管就可以实现四绕组顺序换向无刷直流电机调速。
    首先我们把直流电机的转子结构採用永磁结构，极对数与定子极对数相等，其次把直流电机定子的绕组排列结构採用原来转子绕组的排列结构，绕组抽头节点接IGBT功率对管的中点。正负电源按IGBT对管的接法接即可。

                                       图一线圈顺序换向直流电机定子绕组原理图
    由图一可以看出该四极三十六槽直流电机共需要三十六对IGBT功率管，三十六个位置传感器，电机到功率对管需要三十六根线，电机位置传感器（位置传感器固定在电机上）到控制电路需要三十八根线（连同传感器电源线）。该电机理论上可行，它完全具有直流电机的调速特性，但实际实现起来太困难了，没有使用价值。我们苦思冥想的是如何减少IGBT功率对管对数，这样相应可减少传感器的数量，尤其减少电机到控制器的连线，这样才可使得该直流电机具有实用价值。
    为了达到上述减少IGBT功率对管，位置传感器以及电机连线的目的，我们反过来回顾一下有刷直流电机转子绕组排列图，见图二。在图二中，我们可以看到电机在运转中，绕组的连接点1和19，2和20，3和21，以此类推一直到17和35，18和36，一共有18对连接点，它们的电位始终是相等的。如果我们将这些对的节点一一对应相连接，电机应该照常运转。连接后的等效电路见图三。这个对有刷直流电机并不重要，应为它们採用的是换向片和碳刷进行换向，连起来反而有害无益。但是这个规律对我们研究无刷直流电机相当重要。这样可以有效地减少IGBT功率对管的数量，有效地减少位置传感器的个数，更能有效地减少电机的连线数量，这个就是我们特别所希望的。
    等电位点连接后，线圈顺序换向直流电机定子绕组的原理图就由图一变为图三。

图二有刷直流电机转子绕组电路图

图三等电位点连接后的有刷直流电机转子绕组电路图

图四等电位点连接后的线圈顺序换向直流电机定子绕组电路图
由图一和图四进行比较，我们惊讶的发现图三比图一的电路简化的多了，图三的IGBT功率对管数量是图一的IGBT功率对管的数量的一半，同样位置传感器的数量也是图一的一半，而电机到控制器的连线的数量也几乎是图一的一半，这是我们所需要的，它可以得到简化电路初步的目的。电路还可以进一步简化，我们可以採用18极36槽电机定子，见四。

                       图五 18极36槽直流无刷电机定子绕组接线图及等效电路图
    由图四我们可以看到W1－－-W36为定子的36个线圈，线圈的节距为两个槽距，每组等点位电位节点为9个，共有四组等电位节点。每组等电位节点连接后，分别有红、绿、蓝、黄四根线从电机定子引出，用于分别和四对IGBT功率对管的中心点相连。功率对管大大减少，已接近实用阶段。四个位置传感器按图中所标角度分布，一个圆盘上均匀分布9个被探测物，当电机的转子转动时，四个传感器的输出随着电机每转一个槽距的角度按顺序分别向功率对管的门控制极输出稍大于槽距宽度的脉冲，电机就可按直流电压的大小比转动。
    总之通过上述情况，可以发现直流无刷电机具有如下规律：
    一．直流电机的电枢绕组线圈连接点在电机运转中存在着相等点位的接线点，把所有的连接点按等电位连接点分组了相连，这几连线就和功率对管中点相连，功率对管的数量和组数相等。
    二．在电机定子槽数不变的情况下，增加电机的极数可减少功率对管的个数。当电机极数是电机槽数的一半时，电机仅需要四个功率对管。