无刷DC永磁电机正反转实现图

“DC电机的电枢可以通过改变电源的极性轻松反转。无刷DC永磁电机也是这样吗？”小s听Reference女士解释无刷DC永磁电机和有刷DC电机的运行机理是一样的，所以请教Reference女士。女士一时语塞。稍微调整一下思路，ms可以慢慢说明小s的问题，需要注意的是无刷DC永磁电机是通过转子位置传感器来操作的，不可能通过改变电源极性来控制正反转！

无刷直流永磁电动机实现正反转方法

无刷DC永磁电机正反转有两种实现方式：

安装两套转子位置传感器。

采用一套转子位置传感器，通过逻辑电路改变功率开关晶体管的导通顺序，实现电机正反转。

你可以这么说，由转子位置传感器控制的功率开关晶体管导通顺序，确定无刷直流永磁电动机电枢磁势矢量究竟往哪个方向转，也就决定了电动机的转向，还真不是电源极性所能确定得了的，加载到无刷直流永磁电动机电枢绕组上的电源极性原本就是不断交变的。

有刷直流永磁电动机正反转原理

为了分析无刷DC永磁电机正反转的原理，本文首先讨论了无刷DC电机的正反转。

图1显示了有刷永磁DC电机正反转的原理。在图1(a)磁极下电枢电流分布的情况下，从左手定则或毕奥-萨伐尔定律可以知道电枢将顺时针旋转。如果改变电枢电流方向，它产生的电枢磁场与图1(a)中相反，即转动180电角度，如图1(b)所示，电枢将逆时针旋转。如果图1(b)中电枢电流的方向保持不变，定子磁场旋转180电角度，如图1(c)所示，电枢将再次顺时针旋转。

图1

基于以上分析，我们可以得出一个结论：对于有刷永磁直流电动机而言，定转子磁场中，只要有一个磁场且只能有一个磁场，若相对原磁场的方向旋转180电角度，则电动机就改变其转动方向。因此，在有刷永磁DC电机中，通过改变电源电压的极性，可以改变电枢电流的方向，从而改变其旋转方向，实现正反，.实际接线如图2所示。

图2

无刷直流永磁电动机如何正反转？

无刷DC永磁电机的正反转不能通过改变电源电压的极性来实现，但正反转的原理与有刷永磁DC电机相同。图3示出了四相星形无刷DC永磁电机在旋转期间定子和转子磁场之间的关系。各相绕组的导通角为90电角度，其对应的驱动信号如图4所示。

图3

在图3中，我们可以看到：

1) 当t=t1时, U相绕组通电，电流方向和转子永磁体位置如图3(a)所示，永磁体转子顺时针旋转。如果W相绕组此时通电，定子磁场相对于图3(a)中的状态旋转180电角度，永磁转子逆时针旋转，如图3(a’)中的状态所示。

2) 当t=t2时，的V相绕组通电，永磁转子顺时针旋转，如图3(b)所示。如果图3(a’)逆时针改变到图3(b’)中的状态，定子磁场将与图3(b)中的状态方向相同。此时永磁转子的磁场为180电度不同，转子继续逆时针旋转。

图 3

3）当t=t3时，W相绕组通电，永磁体转子按顺时针方向转动，如图3（c）中状态所示。如果此时换成图3（b’）逆时针转至图3（c’）中状态，U相绕组通电，则定子磁场就相对如图3（c）状态旋转过180o电角度，如图3（c’）中状态所示，转子便按逆时针方向转动。

4）当t=t4时，X相绕组通电，永磁体转子按顺时针方向转动，如图3（d）中状态所示。如果此时换成图3（c’）逆时针转至图3（d’）中状态，则定子磁场就相对图3（d）状态同方向，此时永磁体转子磁场相差180o电角度，转子继续按逆时针方向转动。

图 3

由上面的分析可以看到：当无刷直流永磁电动机电枢绕组的通电状态按（a）-（b）-（c）-（d） -（a）顺序连续变化时，永磁体转子便按顺时针方向转动；如果电枢绕组的通电状态按（a’）-（b’）-（c’）-（d’） -（a’）顺序连续变化时，则永磁体转子就按逆时针方向转动。比较状态（a）和（a’），(b）和（b’），（c）和（c’)，（d）和（d’），可以发现它们之间的差别仅在于：要么反转电动机的定子磁场与正转电动机的定子磁场之间相差180o电角度，要么反转电动机的永磁体转子磁场与正转电动机的永磁体转子磁场之间相差180o电角度。这与有刷直流永磁电动机实现正反转的原理是一致的。

图 4

无刷直流永磁电机正反转控制原理图

如何实现图3所示状态无刷直流永磁电动机电枢绕组的通电状态按（a）-（b）-（c）-（d） -（a）顺序连续变化到按（a’）-（b’）-（c’）-（d’） -（a’）顺序连续变化转换呢?电动机电枢绕组的通电是借助驱动信号来控制的，当电动机按顺时针方向转动时，其相绕组U、V、W、X分别与驱动信号UU、UV、UW、UX—一对应，我们需要按下列步骤变更驱动信号的驱动对象,以实现控制无刷永磁同步电动机反转或逆时针旋转。

● 初始状态

在本应是U相绕组通电的转子位置上，不让U相绕组通电，而让W相绕组通电，也就是在此刻把驱动信号Uu去驱动W相绕组，使W相绕组通电，便实现了由状态（a）到（a’）的切换。

● 转过90o电角度

此时顺时针与逆时针旋转的转子磁极转向相反方向，即转子磁场互差180o电角度，定子电枢磁场同方向才能使逆时针旋转的转子磁极旋转的磁极继续逆时针方向旋转。故同为UV去驱动V相绕组，使V相绕组通电，实现了由状态（b）到（b’）的切换。

图 5

● 转过180o电角度

此时顺时针与逆时针旋转的转子磁极转向同方向，即转子磁场同与初始状态互差180o电角度，在本应是W相绕组通电的转子位置上，不让W相绕组通电，而让U相绕组通电，也就是在此刻把驱动信号UW去驱动U相绕组，使U相绕组通电，便实现了由状态（c）到（c’）的切换。

● 转过270o电角度

此时顺时针与逆时针旋转的转子磁极又转向相反方向，即转子磁场互差180o电角度，定子电枢磁场同方向才能使逆时针旋转的转子磁极旋转的磁极继续逆时针方向旋转。故同为UX去驱动X相绕组，使X相绕组通电，实现了由状态（d）到（d’）的切换。

图 5

● 转过360o电角度

回到初始状态，重复上述过程。

采用接触式或无接触式联动开关就可以完成（a）-（b）-（c）-（d） -（a）顺序连续变化到按（a’）-（b’）-（c’）-（d’） -（a’）顺序连续变化切换，从而实现了电动机由顺时针方向转动到逆时针方向转动的变换。图5是它的原理图，图中方块1为联动开关。

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