霍爾位置偏移對無刷直流電動機性能的影響
周俊杰，竇滿峰，董蓉
（西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710129）
摘要：針對無刷直流電動機中霍爾位置偏移對電機性能造成的影響進行分析討論，通過空間磁勢法理論研究霍爾位置偏移導(dǎo)致的電流超前導(dǎo)通和滯后導(dǎo)通情形時電機性能的差異，采用有限元分析軟件magnet進行仿真驗證。通過分析驗證霍爾元件位置偏移對電機轉(zhuǎn)矩脈動、機械特性以及轉(zhuǎn)速的影響。
關(guān)鍵詞：無刷直流電動機；電樞反應(yīng)；弱磁；霍爾元件
中圖分類號：tm33 文獻標識碼：a 文章編號：1004-7018( 2010) 07-0019-03
o引言
在無刷直流電動機中，來自霍爾位置傳感器的信號經(jīng)處理后按照一定的邏輯程序，驅(qū)動與電樞繞組相連接的功率開關(guān)晶體管在某一瞬間導(dǎo)通或截止，這個過程稱之為換相。霍爾元件的位置決定其換相時刻，為了實現(xiàn)無刷直流電動機中****性能，必須同時滿足****換楣邏輯和****換相位置。
1問題描述
在死刷直流電動機中，為了獲得對稱的電勢和磁勢，霍爾元件一般放置在各相帶繞組的中間位置，可以放置在a、z、b三個相帶的中間位置，即為60。間隔放置；也可以放置在a、b、c相帶位置，即為120度間隔放置，記為霍爾元件的理想位置。
在實際工程中，由于工裝誤差導(dǎo)致三個霍爾元件整體相對理想位置偏移或者轉(zhuǎn)子磁鋼安裝誤差導(dǎo)致磁鋼空間分布不對稱都會引起換相偏移****換相點。本文討論了霍爾元件位置偏移對電機性能的影響。
2霍爾元件位置偏移對電機性能的影響
2.1無刷直流電動機電樞反應(yīng)特點
對于“兩相導(dǎo)通星型三相六狀態(tài)”工作方式下的永磁無刷直流電動機，一個磁狀態(tài)為60。電角度。圖l為理想換相過程，圖la為一個磁狀態(tài)的開始，此時繞組a、b通電，定子合成磁勢fa和轉(zhuǎn)子合成磁f，f夾角為120度電角度，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的前半個磁狀態(tài)，磁勢。在d軸上表現(xiàn)為去磁作用，后半個磁狀態(tài)，磁勢fa在d軸上表現(xiàn)為增磁作用。磁勢fq在q軸上表現(xiàn)為交磁作用，當轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動時，g軸分量逐漸增加；達到****后又開始減小。圖lb為一個磁狀態(tài)結(jié)束時刻，此時電樞開始換相，繞組a、c通電，定子磷場步進60度電角度，以后轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)60度電角度過程中的電樞反應(yīng)情況與前一個60度內(nèi)基本相同。
定子磁勢fa的直軸分量主要影響電機的每極磁通，從而影響電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。磁勢fa的交軸分量與ff相互作用影響電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動。
2.2霍爾元件位置偏移對電樞反應(yīng)的影響
霍爾元件位置偏移導(dǎo)致電流與反電勢的相位角β≠o，β不同電樞反應(yīng)的影響不同。由于無刷電機可以根據(jù)需要改變邏輯狀態(tài)，因此口的取值可以限制在0 -30度電角度之間。圖2為三種霍爾元件在不同位置的電機運行示意圖。霍爾元件順電機旋轉(zhuǎn)方向偏移，電流滯后導(dǎo)通；霍爾元件逆電機旋轉(zhuǎn)方向偏移，電流超前導(dǎo)通。在一個磁狀態(tài)60度電角度下分析霍爾元件不同位置時的電樞反應(yīng)。
2.2.1霍爾元件在理想位置
轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)0度~ 30度電樞反應(yīng)起去磁作用，θ變化范圍從60~90度；轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)30~ 60度，電樞反應(yīng)起增磁作用，θ變化范圍從90~ 60度。
整個磁狀態(tài)，等效直軸總磁通勢變化量：
交軸磁通勢一個磁狀態(tài)平均值為：
電磁轉(zhuǎn)矩一個磁狀態(tài)的平均值為：
2 2 2霍爾元件順電機旋轉(zhuǎn)方向偏移β電角度，此時電流超前導(dǎo)通β電角度
轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)0~30度~β度，電樞反應(yīng)起去磁作用，β度變化范圍從60度+β~ 9 |
