4.4　永磁無刷直流電機

4.4.1　永磁無刷直流電機的結構

永磁無刷直流電機可以看作是一臺用電子換向裝置取代機械換向的直流電機，永磁無刷直流電機主要由永磁電機本體、轉子位置傳感器和電子換向電路組成。無論是結構或控制方式，永磁無刷直流電機與傳統的直流電機都有很多相似之處：用裝有永磁體的轉子取代有刷直流電機的定子磁極；用具有多相繞組的定子取代電樞；用由固態逆變器和軸位置檢測器組成的電子換向器取代機械換向器和電刷。

4.4.2　永磁無刷直流電機的控制系統

永磁無刷直流電機具有很高的功率密度和寬廣的調速范圍。永磁無刷直流電機的控制系統較為復雜，有多種控制策略，采用方波電流（實際上方波為頂寬不小于120°的矩形波）的永磁無刷直流電機的控制則比較容易，驅動效率也最高。方波電機可以比正弦波電機產生大15%左右的電功率，由于磁飽和等因素的影響，三相合成產生的恒定電磁轉矩是一種脈動電磁轉矩。永磁無刷直流電機實際上是一種隱極式同步電機，在正常運行時電樞電流磁動勢與永磁磁極的磁動勢在空間位置相差90°電角度。在高速運行時通過“弱磁調速”的技術來提速。

永磁無刷直流電機的基本控制系統由直流電源、電容器、三相絕緣柵雙極晶體管逆變器、永磁無刷直流電機（PMBDC）、電機轉軸位置檢測器（PS）、邏輯控制單元120°導通型脈貧調制信號（PWM）發生器驅動電路和其他一些電子器件共同組成。

轉軸位置檢測器檢測轉軸位置的信號，經過位置信號處理，將信號輸送到邏輯控制單元，碼盤檢測電機的轉速，經過速度反饋單元和速度調節器對電機的運行狀態進行判別，將信號輸送到邏輯控制單元，經過邏輯控制單元計算后，將控制信號傳送到PWM發生器。

電流檢測器按照閉環控制方式，將反饋電流進行綜合，經過電流調節器調控，也將電流信號輸入PWM發生器。

由轉軸位置檢測器根據轉角θ和速度調節器，對電機的運行狀態進行判別，共同發出轉子位置的信號DA、DB、DC，以及電流檢測器對電流的調控信號。共同輸入PWM發生器后，產生脈寬調制的信號，通過自動換流來改變定子繞組的供電頻率和電流的大小，控制逆變器的功率開關元件的導通規律。如圖2-31所示，逆變器的功率開關由上半橋開關元件S₁～S₃和下半橋開關元件S₄～S₆組成，在同一時刻只有處于不同橋臂上的一個開關元件IGBT被導通（例如S₁和S₆），電機的電磁轉矩T與開關元件導通的電流成正比。

圖2-31　永磁無刷直流電機控制策略