，即构成圆形的旋转磁场，得到和前 面提到的"非独立多相绕组"所形成的磁场效果一样。
[0076] 公式的推导理由和过程是这样的："非独立多相绕组"所形成的塔式阶梯 波磁场中，只要每个极面下的槽数够多，它所产生的高次谐波就很小，起作用的就是正弦基 波，这个正弦基波再沿气隙前进，便形成旋转磁场。所以，要想使三相绕组中每个绕组元件 在流过直流电流的情况下，还能产生近圆形的旋转磁场，而不是六拍的六边形旋转磁场，就 应使SVPWM技术中的扇区分割中，每个扇区的小区数量够多，使得此时旋转磁场向前的速 度也和"非独立多相绕组"所形成的塔式阶梯波磁场一样：一个槽一个槽地向前，即一个槽 相当一个小区，这样一来，遂有每极每相槽数公式：g丨= 3x"，其中的η就相当于1个极面 "?) 下1相的槽数，所以，扇区分割小区数就至少要等于或稍大于η，遂有公式这个公 式是三相能替代多相的根本依据，也是能够开发出三相制电子換向器直流电动机的根本原 因。采用这样的扇区分割方式的优点，可以从下面的图形中看得出来：
[0077] Α)、普通六拍式PWM下旋转磁场矢量轨迹端的图形如图3所示，它是一个六边形， 因此，将会使得定子绕组中各相相电压、电流中除正弦基波外，会出现大量的高次谐波。
[0078] Β)、SVPWM技术下旋转磁场矢量轨迹端的图形如图4所示，图中表示的仅为6个 扇区的第1个扇区的矢量轨迹端的图形，它已经接近圆形，因此，当把扇区分割数η取到 "& 3可以想象，那时旋转磁场的矢量轨迹端就会基本上成为圆形了。
[0079] C)、在SVPWM技术下电动机定子绕组中电压的波形如图5所示，图中可以看出，三 相相电压呈马鞍状正弦形，而三相线电压则为全正弦形。
[0080] D)、马鞍状正弦形相电压的分解如图6所示，图中可见，基波为正弦，高次谐波为 三次三角形波，当小区分割数η取大时，它的幅值会大大缩小，故相电压基本上呈正弦状。 由于使用高小区分割数η，即的SVPWM技术，获得了圆形的旋转磁场，达到与传经多 op 相封闭式电枢绕组同样的效果，因此，它完全可以取代闭式电枢绕组，从而构成以电力，电 子器件为换向器的三相制电子換向器直流电动机，这就是我们提出建立电子換向器直流电 动机的思路与根据。
[0081] 由于定子绕组中电压、电流高次谐波的大幅減少，将使电动机的损耗大大降低，电 动机的运行效率较之传统直流电动机和一般的交流电动机大为提高，这将是三相制电子換 向器直流电动机最终可以取代交流电动机的主要理由。
[0082] 3.此外，为准确地通过CPU向逆变元件提供控制信号，必须在转子上安装位置传 感器（例如风扇转速条码识别器），以便获得磁极几何中性线的位置、转子速度等信息。
[0083] 4.有了定子的圆形旋转磁场之后，只要再将转子磁极尽量做成能使其磁通呈正弦 分布。
[0084] 5.在控制方面，我们采用新的思路：在直流侧（整流器到逆变器之间）管住直流 电压和直流电流，就象传统直流电动机那样，再按直流调速系统的办法配置各个线性调节 器，充分发揮内3外2的双环调节作用，达到高品质动静态特性的目的，这样就可以在四象 限中自如地进行起动、调速、制动等工作。至于定子旋转磁场矢端轨跡的圆形形状，则完全 依靠 SVPWM技术的支撑。
[0085] 总之，采用定子绕组3相制，虽然所用的逆变元件数最少，可大大提高电机和控制 系统的性价比，但一定要使旋转磁埸也能达到近似圆形，这样才能使转矩少波动，电流中 的高次谐波降到最小，使它对电网的影响降到最低，同时还使噪音降到最低，改善对环境的 影响。上述这种做法对大容量的电动机尤为重要，因为，在那种场合下，高次谐波电流对电 网电流波形的影响十分厉害，因此，要求此种情况下，电动机电流的波形尽量接进正弦。
[0086] 本三相制式电子換向器直流电动机与当前流行的无刷直流电动机相比较，尚有更 多的优点。无刷直流电动机为了获得磁场和电流同相，以便产生较为平滑的转矩，故采用的 是二二制导通办法，即三相绕组中每次只有二相通电，第三相则轮空，这样一来，就电动机 的结构容量而言，只用了三分之二，虽然是二相同时导通，而为了形成連续切换，还必须采 用三相电路，从而造成容量冗余，这是这种结构的严重缺陷。因此，从充分发挥结构容量，节 约材料，减少无谓损耗的角度出发，应当采用三三导通制，即采用经典的六拍式导通制。如 果，在此基础上再使用分布和短距式绕组，则所形成的磁场在空间上将是呈正弦分布。再 则，电流（电压）再在六拍导通的基础上，采用多小区的SVPWM调制，其结果就和在对称分 布的三相绕组中流过呈正弦形式的三相电流所产生的磁场相当，即在电动机定子上，必然 会出现矢端轨迹为圆形的旋转磁场，，从而获得与同步电动机一样的圆形的定子旋转磁场， 它将吸到住转子磁极均速旋转，并呈现直流电动机的优良特性。
[0087] 本发明的三相制电子换向直流电动机与多相式电子换向直流电动机相比，整个结 构要简练得多，这主要是得力于先进的SVPWM逆变器技术和微处理器的应用，由此可见，在 电力传动中引进先进电子技术的必要性和迫切性，它将使电力传动及其控制系统发生质的 变化。此外，本发明的三相制电子换向直流电动机由于引入了微处理器，自然，它很容易和 嵌入式系统通过总线联接，纳入到嵌入式电动机控制系统中，成为其应用软件的一个组成 部份，这样，可以更加方便使用者的选择，面对更大的应用范囲和应用群体。
[0088] 应当指出，本发明的三相制电子换向直流电动机的转子采用的是他激电磁式或永 磁式，这是完全仿照传统直流电动机的结构，与电动机的作用原理关联并不太大，采用他激 的好处是可以使用调磁升速。在这里，"换向"的物理意义略有转换，它从直流电枢中每个绕 组元件在经过电刷时电流方向进行换向，而今变成定子绕组在逆变器中轮流切换（相序）， "换向"是180° -换，而"换相"则是60° (六拍）一换，于SVPWM中切换的角度Θ就更小， 由此可见，换向和换相（角）只是大同小异而已。
[0089] 三相制电子换向直流电动机作为一种新的电动机，值得设计单位和生产厂家重视 和开发，它的优势和应用价值将在未来的实际应用中充分展示出来，尤其是在大容量的电 力传动系统中会更加显著。可以预见，由于三相制电子换向直流电动机的结构简单，调速方 法只需调压（直流电压）和调磁，便可以在四象限运行，此外，又因直流电动机的效率比交 流电动机高，因此，在中、大容量的范围内，必可与交流调速系统一争高低，将在未来快速发 展的新兴工业中，如电动气车、高速动车组，以及传统工业中，如乳钢机、船舶动力系统，又 反过来逐步取代交流传动系统，成为新的电力传动的主力军。
【附图说明】
[0090] 图1是多相环形封闭式绕组一对极面下的磁场塔式阶梯波波形曲线图；
[0091] 图2是分布式绕组中三次階波被削弱的示意图；
[0092] 图3是普通六拍式PWM下旋转磁场矢量轨迹端的图形；
[0093] 图4是SVPWM技术下旋转磁场矢量轨迹端的图形；
[0094] 图5是SVPWM技术下电动机定子绕组中电压的波形；
[0095] 图6是马鞍状正弦形相电压的分解；
[0096] 图7是三相制式电子换向器直流电动机的电控框图；
[0097] 图8是三相制电子换向直流电动机的传递函数方框图。
【具体实施方式】
[0098] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0099] 本发明组成一个"三相结构的直流电动机调速系统"，即外直内交的电动机，可以 进行额定速度以下的调压调速以及以上的调磁升速。如图7所示。
[0100] 图7中：RPn -额定速度以下调节电位器，RPf---额定速度以上调节电位器， ASR速度调节器，ACR电流调节器，AUR电压调节器，AER反电势调节器， AFR激磁电流调节器，1TVD、2TVD-主电路直流电压隔离变换器，AE反电势运算器， TG-测速发电机（可以使用在转子风扇上画出白色条码，应用条码识别方式制成的转速 传感器），VFC激磁电源，GTFC激磁触发器，TAFC--激磁电流反馈，Μ主电动机， f磁场绕组，SVPWM电压空间矢量脉宽调制器，CPU主微处理器。
[0101] 图中，虚线框以内为交流部份，以外则全系直流部分。
[0102] 1.主电路的组成：
[0103] 三相交流电压经过可控全整流桥变成直流，经电抗器和电容滤波之后供绐后面的 三相逆变桥，进行SVPWM调制（可以认为是一种多重制主电路），形成三相正弦电压（实为 马鞍形），供给后面的三相同步电动机，进行调频调速。这种主电路方案，只要扇小区取得够 多，可以在定子上获得近圆形的旋转磁场。
[0104] 2.控制电路的组成：
[0105] 直流的控制电路可分为两个部份：
[0106] (1)、额定速度以下调压部份：由三个调节器组成二环控制回路，外环为转速反馈， 内环为直流电流与直流电压反馈，调节器采用PI调节器，可保证所调物理量的动、静态品 质达到最佳，反馈均为负反馈，其中直流电流反馈取自整流器侧，用两相经整流后获得，直 流电压反馈来自整流、滤波之后，而速度反馈可取自转子上的测速发电机TG，再通过积分， 可以获得转子的位置，或者取自电动机风扇上的特别标志，经过转换形成电压，其值正比于 转速，