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摘要：电动机是电能向机械能转换的工具，具有不可替代的地位，，其应用己经遍及现代社会生产、生活的各个领域。文字从传统“三相六状态”驱动方式入手，介绍了“三相电流连续”驱动方式原理，并对想情况下无刷直流电动机六拍控制过程展开了相应的论述，希望对相关人员有所帮助。
关键词：三相电流；无刷直流；电动机；驱动技术
引言
近年来，为了满足我国的经济与科技的迅猛发展，电动机的类型越来越多，在这种情况下，其性能就需要实现有效的提升。上世纪60年代开始，出现了可以进行自换相的无刷直流电动机。相较于感应电动机和直流有刷电动机，无刷直流电动机的特征呈现为大功率、高效率，且其驱动器具备应用简便、耐用的优势。由于无刷直流电动机的这些优点，其逐渐将感应电动机和直流有刷电动机替代，在工业、生活等诸多领域得到了十分广泛的运用。
1传统“三相六状态”驱动方式
一般而言，BLDCM电流闭环控制系统主要囊括了电流闭环、逻辑合成、电流计算、PWM模块以及功率驱动等几个模块。这上述模块中，功率驱动应用的是三相全桥。在对电流进行计算时，其通常通过两相电流和转子位置反映，从而计算出该电流与给定电流，它最终的结果是出现PWM，再利用逻辑合成和功率驱动对BLDCM电流进行闭环控制。
在过去常用的“两两导通”驱动方式的影响下，同时考虑电机的旋转位置，选用非换相电流当做反馈电流。
将A相电流当做非换相电流，从绕组的等效电路模型来看，可以将换相前后转矩的脉动值推导出来，为：
不考虑电动机电阻，当反电势E小于U/4时，换相转矩脉动是正值；而反电势E等于U/4时，脉动值为0；若反电势E大于U/4时，脉动值为负。如果电机的转速十分低，E小于且等于U/4，应用电流闭环来对绕组两端的电压进行调节与控制，从而维持非换相电流稳定不变。但是，弱电机转矩比较高，E大于U/4，就会使得电流闭环的控制效果变小。
尽管能够使用延迟关断、重叠换相的方式将电动机转动时非换相电流的脉动降低，但是上述研究全部是在传统“三相六状态”驱动方式的基础上进行的，并没有对该驱动方式下的电流脉动工作中存在的弊端进行处理。
对于传统的“三相六状态”驱动方式而言，非换相电流脉动并不小，这样不但会增大换相转矩脉动，并且还会使得铜耗量有所增大。
2“三相电流连续”驱动方式原理
在“三相电流连续”驱动方式下，电流闭环控制流程呈现如图1所示。相比于传统“三相六状态驱动方式电流闭环控制系统，其存在一定的差异，其差异性主要体现在电流给定的产生以及电流环路的处理。
图1 “三相电流连续”驱动方式电流闭环控制框图
第一，通过运用铜耗最小的电流解题办法，对三相给定电流进行计算，从而计算出12组电流情况；第二，按照电动机的扇区对电流状态进行配置，得出A,B两相给定电流的标定数值，分别为ia和ib。ia和ib乘以给定转矩Tset就可以得到最终的电流给定iaset，和ibet，之后通过进行电流闭环计算得到ua和ub。母线电压减ua与ub，就可以得到三相绕组对称uc；第三，通过3路PWM模块，呈现出互相弥补的3组PWM驱动信号，通过功率驱动进行扩大，可以实现驱动电机的运作[1]。
3理想情况下无刷直流电动机六拍控制过程
从特征与性能上来看，尽管无刷直流电动机和直流电动机较为相似，但是其依然归属三相交流同步电机。对于理想情况下无刷直流电动机来说，通常会将其铁芯制作成极靴形状，因此定子合成磁场的磁通密度并非我们理解的方波，其是趋近于正弦的平顶波形。针对励磁的永磁转子磁极来说，其材料常常为瓦片状的永磁材料，因为充磁机存在制约，其充磁方法通常为平行充磁，并非径向充磁，之后再与气隙的影响相结合，可知转子磁场磁通密度的外形并非方波，而是趋近于正弦的波形。因此，在计算无刷直流电动机的电磁转矩时，也能够运用正弦波交流电机的电磁转矩公式。
图2为无刷直流电动机的六拍控制流程。定子上固定换向霍尔，这样就能够在换相的过程中使Bs转子进行拉动，且其电角度为比Br方向120°靠前。假如转子磁极处于图2中的位置1处，此时出现霍尔信号变化，三相绕组从利用T1、T4导通转换成立于T1、T6导通，也就是电流转换成由A相绕组端子朝着C相绕组端子的方向流动，就使得Bs方向由位置3转变到位置5。在后续的一拍中，始终朝着位置5的方向，不会发生改变，在电磁力的影响下，转子磁极会旋转60°，从而令Br转到位置3，使得霍尔信号出现变化，以此类推，循环上述过程[2]。
从整体上来看，转子在处于位置1、3、5、7、9、11时，霍尔信号就会出现序列的变化，从而对六个开关器件的组合进行管控，实现每间隔60°转到Bs。
针对BS来说，其超越Br的角度一直处于60°与120°之间。从式2能够看出在此区间中，其产生的电磁转矩值为正，而且各拍之间的转矩波形连续并相互对称，于是带动电机不断旋转。
图2 无刷直流电动机六拍控制系统
结束语
在当代社会，电动机是人们生产、生活不可或缺的机械设备，研究三相电流连续的无刷直流电动机驱动技术不但有利于社会的进一步发展，同时有益于经济的快速提高。
参考文献
[1]赵君,蔡晓乐.基于三相电流连续的无刷直流电动机驱动技术[J].微特电机,2018,46(3):9-13,17.
[2]石坚.无刷直流电动机高性能驱动控制技术研究[D].哈尔滨工业大学,2013.
论文作者:张阳平
论文发表刊物:《科技新时代》2019年7期
论文发表时间:2019/9/10
标签：电流论文; 直流电动机论文; 转矩论文; 闭环论文; 电动机论文; 方式论文; 绕组论文; 《科技新时代》2019年7期论文;