直流无刷培训资料0
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5.6电子换向线路形式和转矩脉动比较
直流无刷电机实际上是一个闭环系统，它由电机本体，位置传感器，电子换向线路组成。
电子换向线路将直接影响到电机性能。
它与电机中定子绕组形式有关，定子绕组有单相、三相、四相、五相等，其联接方式有星形和三角形两种。
换向线路有半控，全控等形式。
这里以常见的三相星形联接为例，简要介绍。
5.6.1 星形三相半控形式
图5.8为三相半控电路。
图中La、Lb、Lc为电机三相
绕组。
VF1、VF2、VF3为三只场效应晶体管(MOSFET)，起
开关作用。
H1、H2、H3为来自转子位置传感器的信号（常
用霍尔元件或光栅传感器）。
当H1为高电平时，VF1导通，H2、H3为低电平，VF2、
VF3截止，这时La绕组通电。
在电磁力的作用下，转子旋
转，到一定位置时，H2为高电平，VF2导通，Lb绕组通电，
H1、H3为低电平，VF1、VF3截止，La、Lc不通电，转子
即继续旋转。
再之，H3为高电平，Lc通电，转子继续旋
转，反复上述过程，转子不断旋转。
图5.8
在上述控制方式下，电机的输出转矩波形如图5.9所示
（假定气隙磁场分布为正弦波），从图中，显而易见，每隔1/3
周期，即120°电角度换向一次。
每个绕组通电也为1/3周期，
即120°电角度。
电机的输出力矩在不断改变，最小为
1/2Tm(Sin30°值)，最大为Tm(Tm为正弦波的最大值)。
图5.9
5.6.2星形三相全控形式
图5.10为三相全控桥式电路。
图中符号说明同图5.8，
其中VF1、VF3、VF5为P沟道场效应管，低电平时导通，
VF2、VF4、VF6为N沟道场效应管，高电平时导通。
在
电路中，可以两两导通和三三导通两种形式。
这里仅介绍
两两导通方式（指每一瞬间有两个功率管导通）。
它的导通
顺序为VF1VF2、VF2VF3、VF3VF4、VF4VF5、VF5VF6、
VF6 VF1……，当功率管VF1、VF2导通时，电流从VF1管
流入A绕组，再从C绕组流出，经VF2管流回到电源。
这时假设A绕组产生的转矩为正，c绕组产生的转矩即为图5.10
负，合成转矩为√3Tm，当电机转过60°电角度，VF2、VF3两管导通，电流流入B绕组，从c绕组流出，合成转矩仍为√3Tm。
如此继续下去，转子继续旋转。
电机的输出电磁转矩波形如图5.11所示，从图中可见，
电机每隔1/6周期，即60°电角度换向一次，每绕组通电
240°电角度。
其转矩最小值为0.87Tm(Sin60°值)，最大为Tm。
图5.10
5.6.3力矩脉动比较
力矩脉动定义以下式表示：
Kr=(Mmax-Mmin/Mmax+Mmin)*100%
它的解释可见图5.11。
它的含义是力矩脉动平均值除以
平均力矩。
为比较面的完整性，这里简要介绍单相双极性无刷直流
电动机的输出转矩波形（其结构，原理将在第6节中介绍）。
所谓单相是指绕组为单相形式，双极性是指绕组通电形式为
每隔1/2周期，即180°电角度反极性通电（常用拼绕）。
图5.11 当单相绕组在0°～360°内通以正向电流，电机输出力矩
如图5.12所示。
其平均转矩为零。
则单相无刷直流电机无法正
常运转。
如果在0°～180°绕组通以正向电流，在180°～360°
通以反向电流，其输出转矩波形如图5.12中实线表示的波形。
从图中可见，电机每隔1/2周期（180°）换向一次。
力矩
最小值为零，最大值为Tm。
图5.12 按照力矩脉动的定义，星形三相半控，星形三相全控和单相的力矩脉动系数比较列表5.1。
注：f=pn/60 p为电机极对数，n为电机转速（r/min）
从表5.1可见，单相双极性无刷直流电机力矩脉动大，脉动频率低，三相全控的力矩脉动小，其脉动频率较高。
5.6.4影响力矩脉动的因素
引起无刷直流电动机的力矩脉动，除了上面分析的电磁转矩本身的波动原因外，还有一些其他因素。
当电机中存在的磨擦转矩的不均匀，例如，轴承的磨擦力不均匀等，将引起转矩波动。
当机械装配上的不同心，将产生单边磁拉力，也会引起力矩脉动。
由于齿槽的存在，造成气隙磁导的不均匀，在气隙中将产生3、5、7……等奇次谐波，输出力矩波形变坏，以致力矩脉动。
从所周知，电机的力矩脉动，将产生振动，它是一个噪声源。
为了减少电动机电磁引起的噪声，在电机设计时，要根据需要，合理选取相数，磁极数和换向电路的形式。
除此之外，还要适当选用轴承。
注意机械同心度的保证。
为了减少气隙磁场的齿谐波影响，常采取斜槽（转子上斜一个定子齿槽），从而减少力矩脉动。
有时还采用分数槽绕组（即每极每相槽数q=z/2mp为分数），这是一种降低力矩脉动很有效的办法，但是会带来嵌线工艺的复杂。
