4.4　永磁无刷直流电机

4.4.1　永磁无刷直流电机的结构

永磁无刷直流电机可以看作是一台用电子换向装置取代机械换向的直流电机，永磁无刷直流电机主要由永磁电机本体、转子位置传感器和电子换向电路组成。无论是结构或控制方式，永磁无刷直流电机与传统的直流电机都有很多相似之处：用装有永磁体的转子取代有刷直流电机的定子磁极；用具有多相绕组的定子取代电枢；用由固态逆变器和轴位置检测器组成的电子换向器取代机械换向器和电刷。

4.4.2　永磁无刷直流电机的控制系统

永磁无刷直流电机具有很高的功率密度和宽广的调速范围。永磁无刷直流电机的控制系统较为复杂，有多种控制策略，采用方波电流（实际上方波为顶宽不小于120°的矩形波）的永磁无刷直流电机的控制则比较容易，驱动效率也最高。方波电机可以比正弦波电机产生大15%左右的电功率，由于磁饱和等因素的影响，三相合成产生的恒定电磁转矩是一种脉动电磁转矩。永磁无刷直流电机实际上是一种隐极式同步电机，在正常运行时电枢电流磁动势与永磁磁极的磁动势在空间位置相差90°电角度。在高速运行时通过“弱磁调速”的技术来提速。

永磁无刷直流电机的基本控制系统由直流电源、电容器、三相绝缘栅双极晶体管逆变器、永磁无刷直流电机（PMBDC）、电机转轴位置检测器（PS）、逻辑控制单元120°导通型脉贫调制信号（PWM）发生器驱动电路和其他一些电子器件共同组成。

转轴位置检测器检测转轴位置的信号，经过位置信号处理，将信号输送到逻辑控制单元，码盘检测电机的转速，经过速度反馈单元和速度调节器对电机的运行状态进行判别，将信号输送到逻辑控制单元，经过逻辑控制单元计算后，将控制信号传送到PWM发生器。

电流检测器按照闭环控制方式，将反馈电流进行综合，经过电流调节器调控，也将电流信号输入PWM发生器。

由转轴位置检测器根据转角θ和速度调节器，对电机的运行状态进行判别，共同发出转子位置的信号DA、DB、DC，以及电流检测器对电流的调控信号。共同输入PWM发生器后，产生脉宽调制的信号，通过自动换流来改变定子绕组的供电频率和电流的大小，控制逆变器的功率开关元件的导通规律。如图2-31所示，逆变器的功率开关由上半桥开关元件S₁～S₃和下半桥开关元件S₄～S₆组成，在同一时刻只有处于不同桥臂上的一个开关元件IGBT被导通（例如S₁和S₆），电机的电磁转矩T与开关元件导通的电流成正比。

图2-31　永磁无刷直流电机控制策略