无刷直流电机控制研究+Matlab仿真模型(9)
2.6.1三相半控电路
常见的三相半桥式驱动电路如图2-11所示。图中，LA、LB、LC分别是电机定子A、B、C三相绕组，T1、T2、T3为功率器件，分别于电机三相绕组相连。来自转子位置传感器的信号Ha、Hb、Hc经放大后启动功率器件进而控制电机换相。在换相过程中，定子各相绕组在气隙中所形成的旋转磁场是跳跃的，在一个周期内每相通电120°电角度。由此可见，采用三相半桥式驱动方式的无刷直流电机控制系统驱动元件少、成本较低、控制简单，但是其转矩波动较大、电机绕组利用率低，每个绕组只通电1/3周期时间，在运行过程中其转矩的波动较大，Tm/2到Tm而且直流无刷电动机的电源线需要引出中性线，而且反转控制相对困难。因此这种驱动在实际应用中较少采用。
图2-112.6.2三相全控电路图2-12
图2-12给出了一种全控桥电路，电动机绕组为Y联接。功率器件为6只MOSFET管，起绕组开关之用。他们的导通方式又可分为两两导通和三三导通两种方式。
(1)两两通电方式是指每一瞬间又两只功率器件导通，每隔1/6周期换相一次，每次换相一个功率管，每次有一个功率器件换相，每个功率管导通120°电角度。功率管T1和T2导通时，电流从T1管流入A相绕组，再从C相绕组流出经T2回到电源。如设流入绕组的电流所产生的转矩为正，则从绕组流出的电流所产生的转矩为负，它们的合成转矩，其大小为 Ta。当电动机转过60°电角度后，由T1-T2通电换成T2-T3通电，这时电流从T3流入B相绕组再从C相绕组流出，经T2回到电源，此时合成的转矩，其大小同样为 Ta，但合成转矩Tbc的方向转过了60°电角度。而后每次换相一个功率管，合成转矩矢量方向就随着转过60°电角度，但大小始终保持Ta不变。
所以，同样一台直流无刷电动机，每相绕组通过与三相半控电路同样的电流时，采用三相Y连接全控电路，在两两换向的情况下，其合成转矩增加了 Ta倍。每隔60°电角度换向一次，每个功率管通电120°，每个绕组通电240°，其中正相通电和反向通电各120°。采用三相全控电路时的转矩波动比用三相半控时小得多，仅从0. 87Tm到Tm。
(2)三三通电是指每一瞬间均有三只功率管同时导通，每隔60°换向一次，每个功率管通电180°。它们的导通次序是T1-T2-T3, T2-T3-T4, T3-T4-T5, T4-T5-T6, T6-T1-T2, TI-T2-T3。当T6T1T2导通时，电流从T1管流入A相绕组，经B相和C相绕组(这时B和C两相绕组为并联)分别从T6和T2流出。这时流过B相和C相绕组的电流分别为流过A相绕组的一半，其合成转矩大小为1.5π。经过60°电角度后，换向到T1T2T3通电，即先关断T6而后导通T3(注意，一定要先关T6而后通T3，否则就会出现T6和T3同时通电，则电源被T3和T6短路，这是绝对不允许的)。这时电流分别从T1和T3流入，经A相和B相绕组(相当于A相和B相并联)再流入C相绕组，经T2流出。其方向与-C相同，转过了60°，大小仍然是1.5 Ta。再经过60°电角度后，换向到T1T2T3通电，而后依此类推。在这种通电方式里，每瞬间均有三个功率管通电。每隔60°换向一次，每次有一个功率管换向，每个功率管通电180°。
2.7无刷直流电机的基本方程
以两极三相无刷直流电机为例来说明数学模型的建立过程。电机定子绕组为Y接集中整距绕组，转子采用隐极内转子结构，3个霍尔元件在空间相隔120°对称放置。在此结构基础上，另作如下假设以简化分析过程：
(1) 忽略电机铁心饱和，不计涡流损耗和磁滞损耗；
(2) 不计电枢反应，气息磁场分布近似认为是平顶宽度为120°电角度的梯形波；