電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步 - 電機(jī)原理基礎(chǔ)知識(shí)

　　眾所周知，永磁體提供的磁極磁場(chǎng)在電機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中固定不變的，這就是要求每個(gè)時(shí)刻定子繞組產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)必須與轉(zhuǎn)子的磁極磁場(chǎng)相對(duì)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(wú)刷直流電機(jī)必須有轉(zhuǎn)子位置信號(hào)輸出給電機(jī)的控制電路，電機(jī)的控制電路根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)來(lái)控制相應(yīng)的功率開(kāi)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(jìn)行切換，就可以形成一個(gè)與轉(zhuǎn)子位置對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使電機(jī)按要求的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。相對(duì)磁鋼的某一磁極而言，每個(gè)時(shí)刻與它對(duì)應(yīng)的電樞磁場(chǎng)是固定的，即繞組的電流方向是固定的，這與有刷直流電機(jī)類似。

　　無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)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(dòng)方式，轉(zhuǎn)子為一對(duì)極。在圖示位置，磁鋼的磁極中心線與A相繞組對(duì)齊，此時(shí)的控制電路根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)信號(hào)，使S1開(kāi)關(guān)管觸發(fā)導(dǎo)通，B相繞組通電，在B相繞組磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120獨(dú)門，到達(dá)虛線轉(zhuǎn)子所示的位置，磁鋼的磁極中心線與B相繞組對(duì)齊，此時(shí)，控制電路根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)信號(hào)，使S1開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，使S3開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，A相繞組通電，轉(zhuǎn)子在A相繞組磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子將順時(shí)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(shí)針旋轉(zhuǎn)下去。無(wú)刷直流電機(jī)采集轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，前者，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但電機(jī)起動(dòng)困難；后者，電機(jī)結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，但起動(dòng)平穩(wěn)、可靠，目前大部分的無(wú)刷直流電機(jī)均采用后者。位置傳感器的種類很多，空調(diào)用的無(wú)刷直流電機(jī)一般采用霍爾元件作為位置傳感器。

　　無(wú)刷直流電機(jī)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(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理作詳細(xì)介紹：在此電機(jī)結(jié)構(gòu)中，電機(jī)一般需要三個(gè)霍爾元件。兩個(gè)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(hào)相隔120度電角度。從真值表可以看出，每個(gè)霍爾元件一次導(dǎo)通 180度，每隔60度必有一個(gè)霍爾元件的輸出狀態(tài)發(fā)生卻換，三個(gè)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(duì)應(yīng)，在一個(gè)周期內(nèi)，三相繞組間隔60度電角度換相一次，每個(gè)時(shí)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(shí)間占三分之二周期。假定電樞各相繞組的導(dǎo)通次序?yàn)椋篣V\UW\VW\VU\WU\WV。

　　電機(jī)在該電樞磁場(chǎng)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(chǎng)與轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)將不匹配，電機(jī)將能運(yùn)轉(zhuǎn)或倒轉(zhuǎn)。

　?、请姍C(jī)調(diào)速

　　就調(diào)速原理來(lái)說(shuō)，無(wú)刷直流電機(jī)類似于一般的直流電機(jī)，通過(guò)改變電樞兩端的直流電壓大小來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。無(wú)刷直流電機(jī)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(lái)改變電壓的平均值大?。籔WM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(jiǎn)單，但線路較復(fù)雜，噪音較大，主要用于高壓電機(jī)。

　　⑷PWM調(diào)速的實(shí)現(xiàn)

　　Vi為固定頻率和固定電壓的三角波，Vsp為直流電機(jī)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(shí)，比較器輸出信號(hào)Vo為高電平，當(dāng)Vsp小于Vi時(shí)，比較器輸出信號(hào)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(jī)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(jī)可調(diào)節(jié)電機(jī)繞組兩端的電壓平均值的大小，從而調(diào)節(jié)電機(jī)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(chǎng)合，為了減少諧波對(duì)電機(jī)產(chǎn)生的不良影響，如轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、振動(dòng)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(lái)控制逆變電路的開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，輸給電機(jī)繞組的電壓的平均值即按正弦規(guī)律變化，從而改善電機(jī)的性能。在有特殊要求應(yīng)用場(chǎng)合，可以改變 Vsp電壓的性質(zhì)來(lái)改變PWM控制方式的特性，是PWM控制方式滿足使用要求。

　　⑸應(yīng)用

　　因?yàn)椴捎昧俗冾l技術(shù)和位置傳感技術(shù)，使無(wú)刷直流電機(jī)繼承了有刷直流電機(jī)的特性，又無(wú)有刷直流電機(jī)的缺點(diǎn)，所以直流電機(jī)得到迅速發(fā)展，在各個(gè)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(wú)刷直流電機(jī)，電機(jī)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(wú)刷直流電機(jī)易于實(shí)現(xiàn)精確控制；無(wú)刷直流電機(jī)的效率高，為變頻空調(diào)實(shí)現(xiàn)高能效比提供保障。

　　七、電機(jī)主要參數(shù)

　　1、空載輸入電流：是指電機(jī)在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、空載運(yùn)行（軸上輸出功率為零）情況下，流入電動(dòng)機(jī)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(jī)在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、空載運(yùn)行（軸上輸出功率為零）情況下，流入電動(dòng)機(jī)的功率稱為空載功率。這部分功率消耗主要體現(xiàn)在磁場(chǎng)儲(chǔ)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(jī)械耗損。單位：W（瓦）

　　3、負(fù)載輸入電流：是指電動(dòng)機(jī)在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、帶額定負(fù)載運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速下，所輸入電機(jī)的電流。單位：A或mA.

　　4、負(fù)載輸出功率：是指電動(dòng)機(jī)在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、帶額定負(fù)載運(yùn)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(dòng)機(jī)在制定測(cè)試條件下運(yùn)行，內(nèi)部繞組與鐵芯部分的溫度相對(duì)于測(cè)試環(huán)境溫度的升高值。目前較常用的測(cè)試方法為繞組電阻法。K=（R1-R0）\（234.5+T0）-（T1-T0）

　　6、噪音：電機(jī)噪音可分為機(jī)械噪音和電磁噪音。機(jī)械噪音通常由電機(jī)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(chǎng)過(guò)于飽受設(shè)計(jì)功率較大電機(jī)的材料限制造成。噪音用dB表示。

　　八、設(shè)計(jì)

　　單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)必須提供參數(shù)：目前空調(diào)電機(jī)設(shè)計(jì)而言具備下述條件之一即可：1、額定電壓、頻率、電容、負(fù)載轉(zhuǎn)速、負(fù)載輸出功率、外形安裝；2、額定電壓、頻率、電容、負(fù)載轉(zhuǎn)速、實(shí)際負(fù)載、外形安裝；3、額定電壓、頻率、電容、負(fù)載轉(zhuǎn)速、樣機(jī)、外形安裝；4、額定電壓、頻率、電容、負(fù)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(jī)成本增加在電機(jī)設(shè)計(jì)已是最優(yōu)化狀態(tài)下，下述要求必須增加成本：1、負(fù)載不變情況下，要求提高轉(zhuǎn)速；2、負(fù)載不變情況下，要求降低溫升；

　　十、目前空調(diào)電機(jī)的種類