无刷直流电机简介.ppt

无刷直流电机PART1主要内容：无刷直流电机的结构组成无刷直流电机的工作原理无刷直流电机的数学模型转矩波动的成因抑制1.无刷直流电机的结构组成添加标题图一结构框图01添加标题结构框图控制系统示意图02图二三相无刷直流电机控制系统无刷直流电动机的电机本体：永磁同步电动机;主要特征：气隙磁场波形与电枢电流波形为方波；位置检测器：有位置传感器检测和无位置传感器检测；常见的有位置传感器是霍尔开关式位置传感器；目前比较成熟的无转子位置传感器控制方法主要有反电动势过零检测法和定子三次谐波检测法等。逆变器：逆变器主电路有桥式和非桥式两种，而电枢绕组既可以接成星形也可以接成角形，因此电枢绕组与逆变器主电路的连接可以有多种不同的组合；无刷直流电动机最常见的工作方式是星形两相导通三相六状态。各个单元结构的性能与作用0102控制器主要功能：(1)对转子位置检测器输出的信号,PWM调制信号,正反转和停车信号进行逻辑综合,为驱动电路提供各开关管的斩波信号和选通信号,实现电机的正反转及停车控制；(2)产生PWM调制信号,使电机的电压随给定速度信号而自动变化,实现电机开环调速；(3)对电机进行速度闭环调节和电流闭环调节,使系统具有较好的动态和静态性能；(4)实现短路,过流,过电压和欠电压等故障保护功能。注意：5种PWM调制方式PWM_ONON_PWMH_ON_L_PWMH_PWM_L_ONH_PWM_L_PWM不同调制方式的会对换向转矩造成不同的影响。综合考虑（1）（2）最常用，（3）（4）次之，（5）最不常用。2.无刷直流电机工作原理A相、B相、C相绕组分别与功率管(VT1,VT4)(VT3,VT6),(VT5,VT2)相接,磁极位置传感器跟踪转子与电动机转轴相连接，通过逆变器功率管按一定的规律导通关断,使电机定子电枢产生按60°角度不断前进的磁势,带动电机转子旋转实现的。原本两个磁势向量当其夹角为90°时,相互作用力最大，但是由于电子电枢产生的磁势是以60°角度前进,因此在每种触发模式下,转子磁势与定子磁势的夹角在120°～60°之间变化才能产生最大的平均电磁转矩。单击此处添加小标题单击此处添加小标题图三工作原理示意图如图所示三相全控电路方式，相比于半控有着突出的优点，故应用于大多数控制场合。三相全控方式又分为两两导通与三三导通。两两导通方式每个瞬间导通两个开关管，每60度换相一次，每次换相一个开关管，每个开关管导通120度；三三导通方式每个瞬间导通三个开关管，每60度换相一次，每个开关管导通180度。图四三相全控示意图图五反电动势、电流波形3.无刷直流电机的数学模型由于BLDCM的气隙磁场、反电势以及电流波形是非正弦的,因此采用直、交轴坐标变化不是很有效的分析方法。直接利用电机本身的相变量来建立数学模型。假设：三相绕组完全对称；磁路不饱和；不计涡流和磁滞损耗；忽略齿槽效应。则可以建立相应的BLDCM的数学模型。假设建立方程对象为：两极、三相；定子Y接法，集中整距绕组；转子采用隐极内转子结构（气隙均匀）；磁感应开关器件空间120度对称放置。（1）电压方程式中,ua、ub、uc——三相绕组的端电压(V)ia、ib、ic——三相绕组的相电流(A)ea、eb、ec——三相绕组的反电势(V)un——中性点电压(V)——相绕组自感(H)——每两相绕组间的互感(H)p——微分算子,p=d/dt由于三相绕组为星接，有：代入电压方程化简可得：图六无刷直流电机的等效电路由上方程可以得到无刷直流电机的等效电路，图五所示。再由电路可以得到中性点电压的表达式为：（2）反电动势方程添加标题在无刷直流电机中，反电动势被认为是梯行波（实际中应该并没有梯行波的尖角，而是以圆角过渡），这是由于感应电势是磁链的导数，而磁链为连续函数，所以不应该出现尖角。假设Ep为梯形波的峰值，可计算Ep为：添加标题其中为主磁通，为转速，N为总导体数。添加标题幅值已知后可以代入求解每相的瞬时感应电动势为：添加标题对于bc两相的情况与a相完全相同，只不过三相反电动势之间相差120度的空间角度。添加标题其中为主磁通，为角速度，p为电机极对数，N为总导体数。图七理想反电动势波形理想的反电动势应为标准梯行波，平顶宽度为120度。但是由于感应电势为连续函数—磁链的导函数，所以实际中反电动势波形为圆角的梯行波。电磁功率与电磁转矩方程电磁功率Pe为：电磁转矩Te为：运动方程为：4.转矩波动的成因抑制