電容運轉(zhuǎn)單相異步 - 電機原理基礎(chǔ)知識

　　眾所周知，永磁體提供的磁極磁場在電機旋轉(zhuǎn)過程中固定不變的，這就是要求每個時刻定子繞組產(chǎn)生的電樞磁場必須與轉(zhuǎn)子的磁極磁場相對應(yīng)，即繞組的電流方向、導(dǎo)通與關(guān)斷受轉(zhuǎn)子位置的控制。因此，無刷直流電機必須有轉(zhuǎn)子位置信號輸出給電機的控制電路，電機的控制電路根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號來控制相應(yīng)的功率開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制相應(yīng)繞組的電流方向、導(dǎo)通與關(guān)斷。定子繞組若按一定的通電順序進行切換，就可以形成一個與轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場，使電機按要求的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。相對磁鋼的某一磁極而言，每個時刻與它對應(yīng)的電樞磁場是固定的，即繞組的電流方向是固定的，這與有刷直流電機類似。

　　無刷直流電機運行原理圖，繞組為三相星形接法，120度均布，采用三相半橋驅(qū)動方式，轉(zhuǎn)子為一對極。在圖示位置，磁鋼的磁極中心線與A相繞組對齊，此時的控制電路根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測信號，使S1開關(guān)管觸發(fā)導(dǎo)通，B相繞組通電，在B相繞組磁場的作用下，轉(zhuǎn)子將順時針旋轉(zhuǎn)120獨門，到達虛線轉(zhuǎn)子所示的位置，磁鋼的磁極中心線與B相繞組對齊，此時，控制電路根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測信號，使S1開關(guān)管關(guān)斷，使S3開關(guān)管導(dǎo)通，A相繞組通電，轉(zhuǎn)子在A相繞組磁場的作用下，轉(zhuǎn)子將順時針旋轉(zhuǎn)120度，按上述通電順序循環(huán)導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子就順時針旋轉(zhuǎn)下去。無刷直流電機采集轉(zhuǎn)子位置信號，前者，電機結(jié)構(gòu)簡單，但電機起動困難；后者，電機結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，但起動平穩(wěn)、可靠，目前大部分的無刷直流電機均采用后者。位置傳感器的種類很多，空調(diào)用的無刷直流電機一般采用霍爾元件作為位置傳感器。

　　無刷直流電機大部分采用三相星形繞組結(jié)構(gòu)，橋式控制電路，下面就二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)的無刷直流電機的驅(qū)動原理作詳細介紹：在此電機結(jié)構(gòu)中，電機一般需要三個霍爾元件。兩個霍爾元件之間的空間夾角為120度電角度，所以輸出的脈沖信號相隔120度電角度。從真值表可以看出，每個霍爾元件一次導(dǎo)通 180度，每隔60度必有一個霍爾元件的輸出狀態(tài)發(fā)生卻換，三個霍爾元件的輸出狀態(tài)的組合共有六種。與上述的霍爾元件的輸出狀態(tài)相對應(yīng)，在一個周期內(nèi)，三相繞組間隔60度電角度換相一次，每個時刻有兩條相繞組導(dǎo)通，每相繞組連續(xù)導(dǎo)通120度。每相繞組正反向各導(dǎo)通一次，導(dǎo)通時間占三分之二周期。假定電樞各相繞組的導(dǎo)通次序為：UV\UW\VW\VU\WU\WV。

　　電機在該電樞磁場的作用下，按既定方向旋轉(zhuǎn)。真值表的參數(shù)必須與控制電路的邏輯程序相吻合，電樞磁場與轉(zhuǎn)子主磁場將不匹配，電機將能運轉(zhuǎn)或倒轉(zhuǎn)。

　?、请姍C調(diào)速

　　就調(diào)速原理來說，無刷直流電機類似于一般的直流電機，通過改變電樞兩端的直流電壓大小來改變電動機的轉(zhuǎn)速。無刷直流電機有兩種改變電壓的方法：PAM 和PWM，PAM是電壓的脈沖度保持不變，調(diào)節(jié)電壓的幅值大小來改變電壓的平均值大??；PWM正好相反，即電壓脈沖幅值不變，脈沖寬度磕掉。PAM方式調(diào)速。其調(diào)速線性度好、噪音低，控制電路簡單，但線路較復(fù)雜，噪音較大，主要用于高壓電機。

　?、萈WM調(diào)速的實現(xiàn)

　　Vi為固定頻率和固定電壓的三角波，Vsp為直流電機電壓，兩者輸入一比較，Vi輸入比較器的同相端。當(dāng)Vsp大于Vi時，比較器輸出信號Vo為高電平，當(dāng)Vsp小于Vi時，比較器輸出信號Vo為低電平，Vo為一系列等寬度的脈沖波形，調(diào)節(jié)Vsp電壓的大小，即可調(diào)節(jié)Vo的脈沖寬度的大小。直流高壓 Vm施加到電機繞組兩端，即可在繞組兩端得到脈沖電壓幅值不變，脈沖電壓寬度可調(diào)的電壓，調(diào)節(jié)Vo的脈寬占空比，機可調(diào)節(jié)電機繞組兩端的電壓平均值的大小，從而調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。PWM控制方式輸出給繞組的電壓波形是一系列等寬度的矩形波，矩形波含義較大成分的諧波。

　　在某些場合，為了減少諧波對電機產(chǎn)生的不良影響，如轉(zhuǎn)矩脈動、振動噪音和附加損耗的增加等，希望輸給繞組的電壓為正弦波，因此控制方式就要采用正弦脈寬調(diào)制技術(shù)（SPWM）在PWM控制方式的基礎(chǔ)上，吧Vsp電壓由輸入直流電壓該為輸入正弦波電壓，Vo即為一組幅值不變，寬度按正弦波規(guī)律變化的矩形脈沖波。用Vo來控制逆變電路的開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，輸給電機繞組的電壓的平均值即按正弦規(guī)律變化，從而改善電機的性能。在有特殊要求應(yīng)用場合，可以改變 Vsp電壓的性質(zhì)來改變PWM控制方式的特性，是PWM控制方式滿足使用要求。

　?、蓱?yīng)用

　　因為采用了變頻技術(shù)和位置傳感技術(shù)，使無刷直流電機繼承了有刷直流電機的特性，又無有刷直流電機的缺點，所以直流電機得到迅速發(fā)展，在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。以家用變頻空調(diào)為例，使用無刷直流電機，電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍很寬，在變頻空調(diào)需要快速制冷、制熱；無刷直流電機易于實現(xiàn)精確控制；無刷直流電機的效率高，為變頻空調(diào)實現(xiàn)高能效比提供保障。

　　七、電機主要參數(shù)

　　1、空載輸入電流：是指電機在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、空載運行（軸上輸出功率為零）情況下，流入電動機的電流稱為空載電流。單位：A或mA.

　　2、空載輸入功率：是指電機在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、空載運行（軸上輸出功率為零）情況下，流入電動機的功率稱為空載功率。這部分功率消耗主要體現(xiàn)在磁場儲能，定、轉(zhuǎn)子繞組銅耗和鋁耗，交變磁通在鐵芯損耗，通風(fēng)、軸承摩擦產(chǎn)生機械耗損。單位：W（瓦）

　　3、負載輸入電流：是指電動機在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、帶額定負載運行在額定轉(zhuǎn)速下，所輸入電機的電流。單位：A或mA.

　　4、負載輸出功率：是指電動機在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、帶額定負載運行在額定轉(zhuǎn)速下，軸伸端所輸出的功率。單位：W（瓦）。

　　5、溫升：是指電動機在制定測試條件下運行，內(nèi)部繞組與鐵芯部分的溫度相對于測試環(huán)境溫度的升高值。目前較常用的測試方法為繞組電阻法。K=（R1-R0）\（234.5+T0）-（T1-T0）

　　6、噪音：電機噪音可分為機械噪音和電磁噪音。機械噪音通常由電機裝配不良定、轉(zhuǎn)子擦邊及軸承噪音等形成。定轉(zhuǎn)子氣隙不均勻受裝配零件同軸度的影響較大，磁場過于飽受設(shè)計功率較大電機的材料限制造成。噪音用dB表示。

　　八、設(shè)計

　　單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機必須提供參數(shù)：目前空調(diào)電機設(shè)計而言具備下述條件之一即可：1、額定電壓、頻率、電容、負載轉(zhuǎn)速、負載輸出功率、外形安裝；2、額定電壓、頻率、電容、負載轉(zhuǎn)速、實際負載、外形安裝；3、額定電壓、頻率、電容、負載轉(zhuǎn)速、樣機、外形安裝；4、額定電壓、頻率、電容、負載轉(zhuǎn)速、T-S曲線、外形安裝；

　　九、那些參數(shù)變化可引起電機成本增加在電機設(shè)計已是最優(yōu)化狀態(tài)下，下述要求必須增加成本：1、負載不變情況下，要求提高轉(zhuǎn)速；2、負載不變情況下，要求降低溫升；

　　十、目前空調(diào)電機的種類