浅谈电机相序测定方法

杜 云，张 凯

（陕西工业职业技术学院,712000）

0 引言

伴随电子技术的不断发展，无刷直流电机凭借体积小、结构简单、实用性强的诸多特点，被广泛应用于生活中，无刷直流电机采用电子装置取代以往的机械改变方向的装置，同时保留其机械功能，依靠传感器和绕组间的联系实现电机的变速功能。

1 电机控制电路

无刷直流电机内部绕组采用三相星形电路连接方式，需使用三相全桥控制电路实现对绕组的控制能力，其内部结构如下图所示。

上图中，V1～V6晶体管组成的全桥可实现控制绕组工作状态的作用。按照晶体管工作方式划分，可分为两种控制方式：两管控制和三管控制。由于两管控制形式具备良好的电磁转矩而被广泛用于电子设备中，在该控制形式下，每一次两个晶体管导通， 1／6周期间隔后换相一次，每个晶体管导通120°电角度，致使对应绕组保持导通120°电角度，这段周期时间内，流经电流方向保持不变，通常采用绕组磁场和转子磁场垂直状态的方式，进而产生最大的电磁转矩。

晶体管的换相信号从位置传感器的输出信号得到，即传感器的信号状态发生改变的时候就是换相的时候，因此保证传感器与绕组的对应关系，已达到无刷直流电机的稳定正常运行这一目的。

2 电机相序测定方法

传感器的信号改变直接影响电机的正常工作，在无刷直流电机组成系统中有着重要用途。通过检测磁场位置，确定传感器信号的输出状态，为控制电路提供准确的变相信号。霍尔传感器是无刷直流电机用的较多的位置传感器，霍尔元件使用数量与绕组相数相对应，为确保发出正确的换向信号，在无刷直流电机结构中，其安装有严格要求，分为120°和60°两种安装方式，如下图所示。

我们以传感器120°的安装方式为例，即上图左侧的传感器安装位置，其霍尔传感器输出信号、绕组通过的电流和电动势的相位对应情况如下图。

由于传感器的输出信号多次变换，将无刷直流电机在一个周期内的运行状态分为六个阶段，同时对应晶体管V1—V6的工作状态。

传感器120°和60°两种安装方式本质上是一样的，在一周期的工作状态中，两种方式都将360°的电角度划分为6个阶段，其中60°安装方式可以理解为在120°安装的时候把一个传感器元件反转180°进行安装，各元件换相时刻一致。两种不同的安装方式导致各元件输出不同的控制信号。120°安装方式，3个传感器的输出信号构成的控制变量为001-110。60°安装方式，其输出信号为000和111的状态变量，两者的输出信号不同，其换相表也是不同。通过分析传感器的输出信号状态可判定传感器是120°和60°两种安装方式的哪一种。

无刷直流电机采用三相星形连接方式，其绕组电动势等效结果如下：如果电机三相对称，磁路无其他损耗，绕组间的电动势关系以下方程所示：

其中uA、uB、uC为相电压，e为绕组间的反电动势，i为通过绕组的电流，uN为三相绕组中点电压。L为三相绕组互感与自感的合成电感。在电机三相绕组均断路的时候，即通过绕组的电流为零，对应的有下面电压关系。

对于电动势之间的相位关系分析，根据上面的电压关系结论，最终得出如下图所示的相序，依据下面的电机相序关系图，可准确分析传感器与绕组间的相位关系，以及三相绕组间的电位关系变化。

以上是针对传感器120°安装方式的分析，取得相应的电位关系，对于无刷直流电机的维修和改进具有重要的科学意义。对于传感器60°的安装方式，可按照上面的方法分析传感器与绕组间的电压关系，得到对应的相位图，以方便测定无刷直流电机的相序。通过对两种安装方式的研究，可提升无刷直流电机的用途，促进其在电子市场中的应用。

3 结束语

目前无刷直流电动机的小功率机型是发展较快的种类。凭借直流无刷电动机独特优势，以其功能方面的多种形式，占有一定规模的市场。包括计算机外存储器以及多媒体设备的主轴驱动，小功率通风机的电机组成结构，电动自行车采用的多极、转子结构等等。以上无刷直流电机的本身和电路构成一个整体，因其结构简单、使用效率高、成本价格便宜、可实现量化生产，无刷直流电机可通过其上述优点，满足大批量、低成本的电子市场发展需要，形成电机市场的另一大规模经济。高投入、高产出的无刷直流电机市场，应注意中小功率的无刷直流电机市场，例如空调电机变相的形式，为保证无刷直流电机的应用范围更加开阔，解决无刷直流电机相序测定方法成为当务之急。