永磁无刷直流电动机.ppt

永磁无刷直流电动机Permanent Magnet Brushless DC Motors (PM BLDCMs) 三相三状态BLDCM 原理 1 基本结构与工作原理 永磁无刷直流电机系统图 工作原理 两相导通星形三相六状态时绕组和开关管导通顺序表 1-2 基本结构 稀土水磁无刷直流电动机结构示意图 2) 逆变器：最常用的为三相星形六状态 和三相星形三状态 3) 位置传感器 磁敏式位置传感器 —— 霍尔元件 电磁式位置信感器 —— 高频线圈 光电式位置信感器 ——光耦合器件 Hall IC 安装方式 Hall IC 安装示意图 2 三相永磁无刷直流电动机基本公式与数学模型 2-1 基本公式(三相六状态) 2．电枢电流 3. 电磁转矩 2-2 三相永磁无刷直流电动机数学模型 2-3 BLDCM运行特性与特性分析 一个磁状态范围内，两相绕组的磁势 结论：在一个磁状态范围内，电枢磁势在刚开始为最大去磁，然后逐渐减小，在1/2磁状态时不去磁不增磁，后半个磁状态逐渐增磁并达到最大值。 二、无刷直流电机正反转 正转逻辑 反转逻辑 正、反转时开关管的导通逻辑关系 三、永磁无刷直流电动机的运行特性 2、调节特性 n=f(U)|Tem=C 4 BLDCM的换相分析 4-1 换相过程中各相绕组中的电流变化 4-2 换相过程的三种情况 4-3 不同换相过程中转矩的脉动 5 永磁无刷直流电动机的控制器 5-1 开关主电路 5-2 驱动电路 常见集成驱动电路 5-3 控制电路 eg1: 以8098单片机为核心的数字式控制电路 eg2: 实用型控制器 实用型控制器介绍 6 BLDCM 的研究热点 新型无位置传感器检测方法与控制 全数字、高性能控制系统 特殊结构电机及其准确分析 应用研究(电动车、智能家电、航空) 思考题 1．无刷直流电动机与普通直流电动机相比有何区别? 2. 位置传感器在无刷直流电动机中起什么作用？ 3．试分析利用位置传感器进行反转控制的原理。 控制电路的形式: 1、分立元件全模拟电路——经济型 2、专用集成控制电路 —— 规模化、专用 3、数模混合控制电路 —— 半数字化 (PID) 4、全数字控制电路 —— 高性能(MCU DSP) 输入信号：转子位置传感器送来的VA、VB、VC，正反转及停车信号ZZ、FZ、STOP，过流信号IP及调速信号P0.4。 输出至驱动电路的信号为UGl一UG6和PWM斩波信号。 单片机8098、锁存器74LS373和片外程序存储器27128 (EPROM)组成8098单片机最小系统。 两片可编程逻辑器件GAL16V8实现对输入信号的逻辑综合。 8098单片机通过软件实现PWM斩波信号输出、最佳起动过程，通过对位置传感器的信号计算测量转速、实现速度闭环和电流闭环的PID控制等功能。 以8098单片机为核心的系统简介： 1) 开关主电路 电源电压48VDC，经LC滤波电路输出稳定的48V电压。 采用三相桥式逆变器，工作方式为120o导通型星形三相六状态。 功率开关管T1~T 6选用高速型MOSFET器件IR540，D1~D6为续流二极管。 采用一个整体型RCD缓冲电路。 2) 驱动电路 采用IR公司的6单元驱动集成电路IR2130，该电路采用上桥臂自举电容工作，驱动6个单元仅用一路10-20V电源。 输入信号可与TTL、MOS器件接口。 芯片内部具有欠压锁定、外部过流封锁和故障输出指示功能。—旦过流保护或欠压锁定，LA2会发光指示。 调节W3可调节过流保护值。为了防止干扰引起误触发而产生假过流现象，在IR2130的9脚过流封锁端加一小电容进行滤波。 一、电枢反应 电机负载时电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应。 电抠反应与磁路的饱和程度、转向、电抠绕组联结方式、导通顺序和磁状态角的大小有关。 二相导通星形三相六状态为例对电枢反应进行分析 三相六状态:磁状态角?m=60o;在一个磁状态下, 两相绕组磁势方向不变，转子磁场顺时针旋转 去磁 助磁 起始 终止 增磁或去磁的数值等于电枢合成磁势Fa在转子磁极轴线上的投影，其最大值为： 相磁势： 电枢合成磁势: 由于功率开关管只能单向导通，所以BLDCM反转不能靠通以反向电压实现。只有靠控制绕组的导通顺序来实现。 换相逻辑?转向 位置传感器与定子绕组、磁极的相互关系 Hall IC PM PM 正转时相互位置关系 uha=uhb=1 uhc=0 AB导通 uha=uhc=0 uhb=1 AC导通 反转时相互位置关系 uhb=uhc=1 uha=0 BC导通 uha=uhc=0 uhb=1 AC导通 1、机械特性 永磁无刷直流电动机的机械特性与有刷直流电动机的机械特性的表达式相同，机械