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(2)三相电动机

（二）无刷直流电机及其控制技术的发展

1831 年，法拉第发现了电磁感应现象，奠定了现代电机的基本理论基础。

从 19 世纪 40 年代研制成功第一台直流电机，经过大约 17 年的时间，直流电机

技术才趋于成熟。随着应用领域的扩大，对直流电机的要求也就越来越高，有接

触的机械换向装置限制了有刷直流电机在许多场合中的应用。为了取代有刷直流

电机的电刷－换向器结构的机械接触装置，人们曾对此作过长期的探索。1915

年，美国人 Langnall 发明了带控制栅极的汞弧整流器，制成了由直流变交流的

逆变装置。20 世纪 30 年代，有人提出用离子装置实现电机的定子绕组按转子位

置换接的所谓换向器电机，但此种电机由于可靠性差、效率低、整个装置笨重又

复杂而无实用价值。

科学技术的迅猛发展，带来了电力半导体技术的飞跃。开关型晶体管的研

制成功，为创造新型直流电机 ——无刷直流电机带来了生机。1955 年，美国人

Harrison 首次提出了用晶体管换相线路代替电机电刷接触的思想，这就是无刷

直流电机的雏形。它由功率放大部分、信号检测部分、磁极体和晶体管开关电路

等组成，其工作原理是当转子旋转时，在信号绕组中感应出周期性的信号电动势，

此信号电动势份别使晶体管轮流导通实现换相。问题在于，首先，当转子不转时，

信号绕组内不能产生感应电动势，晶体管无偏置，功率绕组也就无法馈电，所以

这种无刷直流电机没有起动转矩；其次，由于信号电动势的前沿陡度不大，晶体

管的功耗大。为了克服这些弊病，人们采用了离心装置的换向器，或采用在定子

上放置辅助磁钢的方法来保证电机可靠地起动。但前者结构复杂，而后者需要附

加的起动脉冲。其后，经过反复的试验和不断的实践，人们终于找到了用位置传

感器和电子换相线路来代替有刷直流电机的机械换向装置，从而为直流电机的发

展开辟了新的途径。20 世纪 60 年代初期，接近开关式位置传感器、电磁谐振式

位置传感器和高频耦合式位置传感器相继问世，之后又出现了磁电耦合式和光电

式位置传感器。半导体技术的飞速发展，使人们对 1879 年美国人霍尔发现的霍

尔效应再次发生兴趣，经过多年的努力，终于在 1962 年试制成功了借助霍尔元

件（霍尔效应转子位置传感器）来实现换相的无刷直流电机。在⒛世纪 70 年代

初期，又试制成功了借助比霍尔元件的灵敏度高千倍左右的磁敏二极管实现换相