淺談電機相序測定方法

杜 云，張 凱

（陜西工業職業技術學院,712000）

0 引言

伴隨電子技術的不斷發展，無刷直流電機憑借體積小、結構簡單、實用性強的諸多特點，被廣泛應用于生活中，無刷直流電機采用電子裝置取代以往的機械改變方向的裝置，同時保留其機械功能，依靠傳感器和繞組間的聯系實現電機的變速功能。

1 電機控制電路

無刷直流電機內部繞組采用三相星形電路連接方式，需使用三相全橋控制電路實現對繞組的控制能力，其內部結構如下圖所示。

上圖中，V1～V6晶體管組成的全橋可實現控制繞組工作狀態的作用。按照晶體管工作方式劃分，可分為兩種控制方式：兩管控制和三管控制。由于兩管控制形式具備良好的電磁轉矩而被廣泛用于電子設備中，在該控制形式下，每一次兩個晶體管導通， 1／6周期間隔后換相一次，每個晶體管導通120°電角度，致使對應繞組保持導通120°電角度，這段周期時間內，流經電流方向保持不變，通常采用繞組磁場和轉子磁場垂直狀態的方式，進而產生最大的電磁轉矩。

晶體管的換相信號從位置傳感器的輸出信號得到，即傳感器的信號狀態發生改變的時候就是換相的時候，因此保證傳感器與繞組的對應關系，已達到無刷直流電機的穩定正常運行這一目的。

2 電機相序測定方法

傳感器的信號改變直接影響電機的正常工作，在無刷直流電機組成系統中有著重要用途。通過檢測磁場位置，確定傳感器信號的輸出狀態，為控制電路提供準確的變相信號?；魻杺鞲衅魇菬o刷直流電機用的較多的位置傳感器，霍爾元件使用數量與繞組相數相對應，為確保發出正確的換向信號，在無刷直流電機結構中，其安裝有嚴格要求，分為120°和60°兩種安裝方式，如下圖所示。

我們以傳感器120°的安裝方式為例，即上圖左側的傳感器安裝位置，其霍爾傳感器輸出信號、繞組通過的電流和電動勢的相位對應情況如下圖。

由于傳感器的輸出信號多次變換，將無刷直流電機在一個周期內的運行狀態分為六個階段，同時對應晶體管V1—V6的工作狀態。

傳感器120°和60°兩種安裝方式本質上是一樣的，在一周期的工作狀態中，兩種方式都將360°的電角度劃分為6個階段，其中60°安裝方式可以理解為在120°安裝的時候把一個傳感器元件反轉180°進行安裝，各元件換相時刻一致。兩種不同的安裝方式導致各元件輸出不同的控制信號。120°安裝方式，3個傳感器的輸出信號構成的控制變量為001-110。60°安裝方式，其輸出信號為000和111的狀態變量，兩者的輸出信號不同，其換相表也是不同。通過分析傳感器的輸出信號狀態可判定傳感器是120°和60°兩種安裝方式的哪一種。

無刷直流電機采用三相星形連接方式，其繞組電動勢等效結果如下：如果電機三相對稱，磁路無其他損耗，繞組間的電動勢關系以下方程所示：

其中uA、uB、uC為相電壓，e為繞組間的反電動勢，i為通過繞組的電流，uN為三相繞組中點電壓。L為三相繞組互感與自感的合成電感。在電機三相繞組均斷路的時候，即通過繞組的電流為零，對應的有下面電壓關系。

對于電動勢之間的相位關系分析，根據上面的電壓關系結論，最終得出如下圖所示的相序，依據下面的電機相序關系圖，可準確分析傳感器與繞組間的相位關系，以及三相繞組間的電位關系變化。

以上是針對傳感器120°安裝方式的分析，取得相應的電位關系，對于無刷直流電機的維修和改進具有重要的科學意義。對于傳感器60°的安裝方式，可按照上面的方法分析傳感器與繞組間的電壓關系，得到對應的相位圖，以方便測定無刷直流電機的相序。通過對兩種安裝方式的研究，可提升無刷直流電機的用途，促進其在電子市場中的應用。

3 結束語

目前無刷直流電動機的小功率機型是發展較快的種類。憑借直流無刷電動機獨特優勢，以其功能方面的多種形式，占有一定規模的市場。包括計算機外存儲器以及多媒體設備的主軸驅動，小功率通風機的電機組成結構，電動自行車采用的多極、轉子結構等等。以上無刷直流電機的本身和電路構成一個整體，因其結構簡單、使用效率高、成本價格便宜、可實現量化生產，無刷直流電機可通過其上述優點，滿足大批量、低成本的電子市場發展需要，形成電機市場的另一大規模經濟。高投入、高產出的無刷直流電機市場，應注意中小功率的無刷直流電機市場，例如空調電機變相的形式，為保證無刷直流電機的應用范圍更加開闊，解決無刷直流電機相序測定方法成為當務之急。