无刷电动机、AC调速电动机与变频器控制三相电动机原理

无刷电动机的构造

无刷电动机的构造一般是内藏检测转子位置用的磁性元件或光学编码器。由此位置检测器向驱动电路发送信号。

电动机线圈是3相星形接线。此外，转子使用永磁磁钢。

检测用的磁性元件是使用霍尔IC。在定子内侧安装有3个，转子旋转时，即从霍尔IC输出数字信号。

无刷电动机的驱动方法

电动机线圈与开关用晶体管相连接，由6个晶体管组成变频器。上下的晶体管依一定顺序交互地重复ON-OFF，转变线圈电流的方向。接下来说明旋转的结构。
以下图的晶体管的开关程序执行STEP①时，晶体管是Tr1与Tr6为ON的状态。这时的线圈电流是从U相流到W相，U相被励磁成N极、而W相则被励磁成S极。因此，转子旋转30°。此动作重复12次，转子旋转。 

无刷电动机的控制方法

AC调速电动机的控制方法

控制方法的概要如图所示。
AC调速电动机为闭环速度控制方式。 

①由速度设定器提供速度设定电压。 
② 比率发电机检测电动机转速，并输出速度信号电压的差值。 
③输出速度设定电压与速度信号电压的差值。 
④ 为能达到所设定电压，将从比较放大部输出的电压提供给电动机。 

比率发电机的产生电压特性

无刷电动机的驱动电路是以图示的构造与电动机连接，大致可分为5个区间。

● 电源电路
● 电流控制电路
● 逻辑电路
● 设定比较电路
● 电源电路

◇ 电源电路
控制流入电动机线圈的电流。使用6个晶体管。
上下连接的晶体管是依一定顺序重复ON-OFF，让电流流入电动机线圈。
◇ 电流控制电路
流入电动机的电流因负载大小而有所变化。流入电动机的电流是采取经常检测的方式，控制在不偏移设定的转速。
◇ 逻辑电路
从电动机的霍尔IC接收反馈信号，检测转子的位置，并决定电动机线圈的励磁顺序。来自于此的信号连接至动力电路的各个晶体管，以一定顺序驱动晶体管。此外，也具有检测电动机转速的功能。 也可以执行对电动机下达指令、起动/停止、制动/运行、CW/CCW的控制。
◇ 设定比较电路
比较进行速度设定信号与电动机转速信号。依此结果，判断电动机的转速是较设定的转速更高或更低。当电动机转速较设定值高时，则降低对电动机的输入电流，较低时，则提高对电动机的输入电流，使其回到设定转速。
◇ 电源电路
其功能为通过商业电源制作出驱动电动机与各控制电路所需的电压。

无刷电动机的系统构成

AC调速电动机的构造

AC电动机尾部安装了比率发电机（速度检测用传感器）的电动机。

AC调速电动机的驱动方法

单相电源的电动机是通过电容器让相位移动，使单相电源形成接近2相电源的形态，进而利用相位差关系形成定子上产生旋转的磁场。由于电磁感应作用，转子上产生感应电动势，使得电动机进行旋转。

与调速器用电动机直接耦合的比率发电机如右图所示，产生与电动机转速大致成比例的交流电压。因此，可通过在比率发电机导线间连接交流电压计来计算出电动机的转速。

AC调速电动机的系统构成