稀土永磁無刷直流電動機ppt課件

1、稀土永磁無刷直流電動機Rare Earth Permanent Magnet Brushless DC Motor ( BLDCM )湖北工業(yè)大學(xué)稀土電機及控制研究所湖北工業(yè)大學(xué)稀土電機及控制研究所稀土永磁無刷直流電動機 Rare Earth Permanent Magnet Brushless DC Motor， BLDCM 一、無刷電機概述一、無刷電機概述 二、無刷電機原理與特性二、無刷電機原理與特性 三、無刷電機控制三、無刷電機控制 四、無刷電機轉(zhuǎn)矩脈動四、無刷電機轉(zhuǎn)矩脈動 五、無刷電機電磁設(shè)計五、無刷電機電磁設(shè)計 稀土永磁無刷直流電動機 一、無刷電機概述Rare Earth Perma

2、nent Magnet Brushless DC Motor，BLDCM無刷直流電動機概述1. 無刷直流電動機的應(yīng)用2. 無刷直流電動機發(fā)展歷史3. 無刷與有刷直流電動機比較4. 無刷直流電動機的特點5. 無刷直流電動機系統(tǒng)組成無刷直流電動機概述1. 無刷直流電動機的應(yīng)用計算機中的無刷電機計算機中的無刷電機電動自行車中的無刷電機家用電器中的無刷電機本田 HEV INSIGHT豐田混合電動汽車開發(fā)歷程本田 Insight 發(fā)動機和無刷電機并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)本田CIVIC的動力分配策略電動汽車中的無刷電機電機及控制器電機及控制器電動汽車中的無刷電機永磁體永磁體永磁體永磁體外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷電動機外轉(zhuǎn)

3、子結(jié)構(gòu)的無刷電動機 外轉(zhuǎn)子混合勵磁無刷電機軸軸內(nèi)定子鐵心內(nèi)定子鐵心外轉(zhuǎn)子鐵心外轉(zhuǎn)子鐵心永磁極永磁極鐵極鐵極勵磁繞組勵磁繞組電動汽車中的無刷電機 電機、控制器和減速箱一體化結(jié)構(gòu)電機、控制器和減速箱一體化結(jié)構(gòu)控制器控制器電電 機機減速齒輪減速齒輪2. 無刷直流電動機 發(fā)展歷史無刷直流電動機概述無刷直流電動機發(fā)展歷史 有刷直流電動機 有刷直流電動機具有良好的起動和調(diào)速性能，但其存在換向器和電刷，導(dǎo)致?lián)Q向火花、電磁干擾、可靠性差、造價高等一系列問題。無刷直流電動機發(fā)展歷史 異步電動機 異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、價格便宜，但其調(diào)速和起動性能不佳。無刷直流電動機發(fā)展歷史 同步電動機 同步電動機具有良好

4、的運行性能，但其起動性能不佳。無刷直流電動機發(fā)展歷史 上世紀(jì)三十年代，有人提出了用電子換相取代機械換向的無刷直流電動機概念，但當(dāng)時尚無理想的電子換相器件。無刷直流電動機發(fā)展歷史 1955 年，美國 D. 哈利森等人首次發(fā)明了應(yīng)用晶體管代替機械換向器的無刷直流電動機，但當(dāng)時沒有電機轉(zhuǎn)子位置檢測器件，該電機沒有起動能力。 1962年，人們使用霍爾元件來檢測轉(zhuǎn)子位置并控制繞組電流換相，無刷直流電動機達(dá)到實用化，但受到晶體管容量的限制，電機容量相對較小。無刷直流電動機發(fā)展歷史無刷直流電動機發(fā)展歷史 三大技術(shù)有力推動了永磁無刷直流電動機的快速發(fā)展 功率半導(dǎo)體器件 計算機控制技術(shù) 高性能稀土永磁材料無刷直

5、流電動機發(fā)展歷史 70 年代以來，隨著新型功率半導(dǎo)體器件如GTR，MOSFET，IGBT，IPM相繼出現(xiàn)，計算機控制技術(shù)單片機、DSP，新的控制理論的快速發(fā)展，以及高性能稀土永磁材料如 釤鈷、釹鐵硼的問世，無刷直流電動機得到快速發(fā)展，容量不斷增大，并獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。無刷直流電動機概述3. 無刷直流電動機 的特點無刷直流電動機分類 無刷直流電動機分為方波和正弦波電流驅(qū)動。無刷直流電動機分為方波和正弦波電流驅(qū)動。正弦波電流驅(qū)動的無刷電動機名稱比較多，英、正弦波電流驅(qū)動的無刷電動機名稱比較多，英、美稱為永磁同步電動機美稱為永磁同步電動機PMSM），或無刷交流），或無刷交流電動機電動機BLAC

6、M），日本、歐洲一些國家則稱），日本、歐洲一些國家則稱之為交流伺服電動機之為交流伺服電動機AC Servo）” 。無刷直流電動機分類電動機交流電動機直流電動機異步電動機同步電動機無刷直流永磁同步磁滯步進(jìn)磁阻混合永磁變磁阻單相多相永磁電勵磁永磁開關(guān)磁阻同步磁阻換向式單極式永磁電勵磁串勵并勵復(fù)勵多相單相籠型繞線電容式罩極式電阻式電容起動電容運行電容運行無刷直流電動機分類電動機交流電動機直流電動機異步電動機同步電動機無刷直流永磁同步磁滯步進(jìn)磁阻混合永磁變磁阻單相多相永磁電勵磁永磁開關(guān)磁阻同步磁阻換向式單極式永磁電勵磁串勵并勵復(fù)勵多相單相有刷直流有刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu) BearingRotor wi

7、ndingCommutator Fan PM Poles Brushes有刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu)稀土永磁有刷直流電動機稀土永磁有刷直流電動機NS轉(zhuǎn)樞式 內(nèi)轉(zhuǎn)子，外定子 外轉(zhuǎn)子，內(nèi)定子無刷直流電動機基本結(jié)構(gòu)XCYANBZNSAXBYCZSN轉(zhuǎn)場式稀土永磁直流電動機結(jié)構(gòu)比較內(nèi)轉(zhuǎn)子整數(shù)槽無刷直流電動機內(nèi)轉(zhuǎn)子整數(shù)槽無刷直流電動機13618q稀土永磁直流電動機結(jié)構(gòu)比較內(nèi)轉(zhuǎn)子分?jǐn)?shù)槽無刷直流電動機內(nèi)轉(zhuǎn)子分?jǐn)?shù)槽無刷直流電動機21369q稀土永磁直流電動機結(jié)構(gòu)比較外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稀土永磁無刷直流電動機外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稀土永磁無刷直流電動機10333027q無刷直流電動機定義 無刷直流電動機 無刷直流電動機是指沒有電刷等機械

8、換向裝置，但具有有刷直流電動機DCM特性的電動機。無刷與有刷直流電動機比較 無刷直流電動機與有刷直無刷直流電動機與有刷直流電動機有相同的運行機理。流電動機有相同的運行機理。無刷與有刷直流電動機比較 無刷直流電動機與有刷直流無刷直流電動機與有刷直流電動機有相同的設(shè)計思想和設(shè)電動機有相同的設(shè)計思想和設(shè)計方法。計方法。無刷與有刷直流電動機比較 有刷直流電動機磁極磁場有刷直流電動機磁極磁場與電樞磁場始終處于正交狀與電樞磁場始終處于正交狀態(tài)。態(tài)。無刷與有刷直流電動機比較NSnFfFa無刷與有刷直流電動機比較 無刷直流電動機磁極磁場與電樞磁場處在某一變化范圍內(nèi)。如三相無刷直流電動機 60 120范圍內(nèi)變化

9、。無刷與有刷直流電動機比較 相同條件下，無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩脈動比有刷直流電動機大，電磁轉(zhuǎn)矩小。無刷與有刷直流電動機比較 BLDCM 用電子換相取代用電子換相取代 DCM 的機械換向，因而沒有電的機械換向，因而沒有電刷與換向器。刷與換向器。 無刷與有刷直流電動機比較 通常情況下，通常情況下，BLDCM 的電樞的電樞繞組在定子上，勵磁永磁體在繞組在定子上，勵磁永磁體在轉(zhuǎn)子上，與轉(zhuǎn)子上，與 DCM 中的定轉(zhuǎn)子互換中的定轉(zhuǎn)子互換了位置。了位置。無刷與有刷直流電動機比較 通常 BLDCM 帶有轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器，而 DCM 則不需這種位置檢測裝置。無刷直流電動機概述4. 無刷直流電動機 的特點 永磁無刷

10、結(jié)構(gòu) 電機免維護(hù)，可高速運行，因此可降低電機體積和重量，具有高功率和轉(zhuǎn)矩密度和高效率。無刷直流電動機主要特點 容易實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制 無刷直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩 Tem= KT Ff Fa sin 無刷直流電動機具有與直流電動機 相似的轉(zhuǎn)矩特性。無刷直流電動機主要特點dtdnGDTTLem3752TemTLn電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動方程無刷直流電動機主要特點異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩 Tem=CTIa cos 一般情況下，F(xiàn)f 、Fa非正交，即 、 Ia 之間存在耦合關(guān)系。無刷直流電動機主要特點 直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩 Tem= CT Ia = CT Ff Fa無刷直流電動機主要特點 無刷直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩 Tem= K

11、T Ff Fa sin 一般情況下,為90或平均值為90），調(diào)節(jié)永磁無刷直流電動機電樞電流電壓便可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的控制。無刷直流電動機主要特點 系統(tǒng)成本相對較低 逆變器方波電流容易實現(xiàn)，控制器結(jié)構(gòu)較簡單；電機可采用整距集中繞組，制造工藝較簡單；轉(zhuǎn)子位置傳感器結(jié)構(gòu)簡單，成本低。90年代以來永磁材料發(fā)展?fàn)顩r永磁材料的磁能積永磁材料的磁能積釹鐵硼釤 鈷鐵氧體稀土永磁無刷直流電動機特點 可明顯降低電機重量，減小其體積； 縮短轉(zhuǎn)子外徑，增加氣隙長度，進(jìn) 而改善了電機的有關(guān)性能； 產(chǎn)生近似矩形波的氣隙磁場，可設(shè) 計成方波無刷直流電動機；稀土永磁無刷直流電動機特點 抗電樞反應(yīng)去磁能力強，更適合 突然反轉(zhuǎn)、堵轉(zhuǎn)等

12、運行工況； 退磁曲線線性、可逆，簡化了設(shè) 計和分析。5. 無刷直流電動機 系統(tǒng)組成無刷直流電動機概述無刷直流電動機系統(tǒng)組成 無刷直流電動機系統(tǒng)組成 1） 控制器 2） 電機本體 3） 霍爾位置傳感器無刷直流電動機系統(tǒng)組成直流電源直流電源控制器控制器電動機電動機轉(zhuǎn)子位置傳感器轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出輸出無刷直流電動機系統(tǒng)框圖無刷直流電動機系統(tǒng)框圖無刷直流電動機系統(tǒng)組成V1V6ACB控制電路驅(qū)動電路電 機霍爾位置傳感器控制器ACB136425S逆變電路三相永磁無刷直流電動機系統(tǒng)圖三相永磁無刷直流電動機系統(tǒng)圖無刷直流電動機系統(tǒng)組成車速保護(hù)電路MOS驅(qū)動器IR2130扭矩BLDCM過流保護(hù)6路MOSFETT

13、MS320LF2407電流采樣輸出電流CAP捕獲位置信號過 壓離合器故障位置信號故障代碼輸出PDPINTCAP SCI6路PWM轉(zhuǎn)速某稀土永磁無刷直流電動機系統(tǒng)框圖某稀土永磁無刷直流電動機系統(tǒng)框圖無刷直流電動機系統(tǒng)組成1） 控制器無刷直流電動機控制器控制器的組成 開關(guān)主電路 驅(qū)動電路 控制電路無刷直流電動機控制器136425 濾波電路濾波電路 緩沖電路緩沖電路 逆變電路逆變電路接整流橋接整流橋D7C3R3無刷直流電動機開關(guān)主電路無刷直流電動機開關(guān)主電路無刷直流電動機控制器 緩沖電路作用 減少開關(guān)管承受的尖峰電壓，使開關(guān)管 工作在安全區(qū)域內(nèi)，提高主電路的可靠性。 C3：選用高頻性能好的無感電容

14、D7：選用快速恢復(fù)二極管 或選用整體緩沖電路。無刷直流電動機控制器 逆變電路 分立功率器件：功率晶體管GTR 、功率 場效應(yīng)管 MOSFET、絕緣柵晶體管 IGBT、可關(guān)斷晶閘管GTO、MCT 功率集成電路：功率開關(guān)管集成塊、智能 化功率模塊 IPM 無刷直流電動機控制器 驅(qū)動電路作用 將控制電路的輸出信號進(jìn)行功率放大，并向各功率開關(guān)管送去能使其飽和導(dǎo)通和可靠關(guān)斷的驅(qū)動信號。 無刷直流電動機控制器 驅(qū)動電路 美國IR公司生產(chǎn)的六路集成驅(qū)動芯片如 IR2130），具有集成度高、速度快、 過流欠壓保護(hù)、 開關(guān)頻率高、 價格便宜、調(diào)試方便等優(yōu)點。 無刷直流電動機控制器無刷直流電動機微機控制系統(tǒng)無刷直

15、流電動機微機控制系統(tǒng)ucupBLDCMRh驅(qū)動電路AD電流檢測三角波發(fā)生器PWM發(fā)生器電流調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器位置信號處理邏輯控制單元運行狀態(tài)判斷反饋電流綜合速度反饋單元PS*nunu*iuiuru無刷直流電動機控制器 控制電路的作用1） 對轉(zhuǎn)子霍爾位置傳感器輸出的信號、 PWM 調(diào)制信號、正反轉(zhuǎn)和制動信號 進(jìn)行邏輯綜合，給驅(qū)動電路提供相應(yīng) 的導(dǎo)通和關(guān)斷信號； 無刷直流電動機控制器 控制電路作用2） 產(chǎn)生PWM調(diào)制信號，使電機電壓隨給 定轉(zhuǎn)速信號的變化而變化； 對電機進(jìn)行速度環(huán)和電流環(huán)的調(diào)節(jié)； 實現(xiàn)短路、過流和欠壓等故障保護(hù)功能。無刷直流電動機控制器控制電路形式 分立元件全模擬電路：目前少用 專用

16、集成控制電路：功能特定 數(shù)?；旌峡刂齐娐罚簭V泛采用 全數(shù)字控制電路：發(fā)展方向無刷直流電動機系統(tǒng)組成2） 電機本體無刷直流電動機電機本體電機本體構(gòu)成 永磁轉(zhuǎn)子 定子繞組無刷直流電動機電機本體 永磁轉(zhuǎn)子無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子徑向式徑向式 切向式切向式永磁體充磁方向永磁體充磁方向SNNSSSSNN隔磁套隔磁套NNSNNSS隔磁間隙隔磁間隙軸軸無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子稀土磁鋼主磁極稀土磁鋼主磁極實心轉(zhuǎn)子鐵心實心轉(zhuǎn)子鐵心軸NSNSSNNS無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子 切向無間隔等厚磁極的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)切向無間隔等厚磁極的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)軸NSNSSNNS無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子軸NSNSNNSS無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子BNSNS

17、B00徑向式徑向式 切向式切向式稀土永磁磁極永磁電機氣隙磁密波形永磁電機氣隙磁密波形無刷直流電動機空載磁場無刷直流電動機空載磁場無刷直流電動機空載磁場無刷直流電動機空載磁場無刷直流電動機空載磁場無刷直流電動機空載磁場無刷直流電動機空載磁場無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子六極永磁無刷直流電動空載磁場六極永磁無刷直流電動空載磁場增磁時的CPPM無刷電機 無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子0BcFF0AB123r 1空載特性曲線空載特性曲線 2負(fù)載特性曲線負(fù)載特性曲線 3永磁體退磁曲線永磁體退磁曲線空載工作點空載工作點負(fù)載工作點負(fù)載工作點磁鋼的空載和負(fù)載工作點磁鋼的空載和負(fù)載工作點無刷直流電動機永磁轉(zhuǎn)子磁鋼的低溫和高溫工

18、作點磁鋼的低溫和高溫工作點ABrcFF0AB123rcF 1負(fù)載特性曲線負(fù)載特性曲線 2永磁體低溫退磁曲線永磁體低溫退磁曲線 3永磁體高溫退磁曲線永磁體高溫退磁曲線低消耗溫工作點低消耗溫工作點高溫工作點高溫工作點 定子繞組無刷直流電動機電機本體無刷直流電動機繞組型式 整數(shù)槽分布繞組整數(shù)槽分布繞組q q整數(shù)）整數(shù)） 分?jǐn)?shù)槽分布繞組分?jǐn)?shù)槽分布繞組q q分?jǐn)?shù)）分?jǐn)?shù)） 變壓器式繞組螺線管式繞組）變壓器式繞組螺線管式繞組）無刷直流電動機整數(shù)槽繞組 某三相無刷直流電動機，某三相無刷直流電動機， 定子槽數(shù)定子槽數(shù) Z12，極數(shù)，極數(shù)2P4， q 12/431。無刷直流電動機整數(shù)槽繞組A1,72,84,103

19、,96,125,11YZBXC601 槽電動勢星形圖槽電動勢星形圖順接線圈順接線圈反接線圈反接線圈A 相相1, 74, 10B 相相3, 96, 12C 相相5, 112, 8三相分相結(jié)果q =1）無刷直流電動機整數(shù)槽繞組單層整距分布繞組展開圖單層整距分布繞組展開圖 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12A B C X Y ZNSNS無刷直流電動機整數(shù)槽繞組A 相雙層短距分布繞組展開圖NSNS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12NAX 某三相無刷直流電機，定子槽數(shù) Z15，極數(shù) 2P4， q 15/4354。無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組Z=1

20、2，2P4，q=1 Z15，2P4，q=5/4齒、極對齊，兩者相吸齒、極對齊，兩者相吸 齒、極錯開，產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩齒、極錯開，產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩整數(shù)槽分?jǐn)?shù)槽無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組 某三相無刷直流電機，定子槽數(shù) Z18，極數(shù) 2P4， q 18/4332。無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組192103114125136147158 401161718順接線圈順接線圈反接線圈反接線圈A 相相1, 105, 6, 14,15B 相相4, 138, 9, 17,18C 相相7, 162, 3, 11,12三相分相結(jié)果q=3/2）ABCXYZ無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

21、13 14 15 16 17 18NSNSNAXA 相繞組展開圖 ( a = 2 )無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 2 3NSNSNBYB 相繞組展開圖 ( a = 2 )無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 2 3 4 5 6NSNSNCZC 相繞組展開圖 ( a = 2 )無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組 某三相無刷直流電機，定子槽數(shù) Z15，極數(shù) 2P4， q 15/4354。無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組192103114125136147158 481AYBCZX順接線

22、圈順接線圈反接線圈反接線圈A 相1, 2, 95, 13B 相4, 11, 128, 15C 相3, 106, 7, 14三相分相結(jié)果q = 5/4）槽電動勢星形圖槽電動勢星形圖無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組ANSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15A 相繞組展開圖X順接組線圈: 1, 2, 9反接組線圈: 5, 13無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組BYNSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15B 相繞組展開圖順接組線圈: 4, 11, 12反接組線圈: 8, 15無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組NSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

23、0 11 12 13 14 15C 相繞組展開圖順接組線圈: 3, 10反接組線圈: 6, 7, 14CZ無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組NSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15C 相繞組端部的另一接法CZ無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組 某三相無刷直流電機，定子槽數(shù) Z27，極數(shù) 2P6， q 27/6332。無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組1,10,192,11,203,12,2122,13,423,14,524,15,625,16,78,17,269,18,27AXBYZC順接線圈順接線圈反接線圈反接線圈A相相1,10,195,14,236,15,24B相相4,13,228

24、,17,269,18,27C相相7,16,252,11,203,12,21三相分相結(jié)果q=3/2）槽電動勢星形圖槽電動勢星形圖 401無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27NSNSNSAX無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 1 2 3NSNSNSBY無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

25、 21 22 23 24 25 26 27 1 2 3 4 5 6SNSNSNCZ無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組 某三相無刷直流電機，定子槽數(shù) Z36，極數(shù) 2P8， q 36/8332。無刷直流電動機分?jǐn)?shù)槽繞組1,10,192,11,203,12,2122,13,423,14,524,15,625,16,78,17,269,18,27AXBYZC順接線圈順接線圈反接線圈反接線圈A相相1,10,19,285,6,14,15,23,24,32,33B相相4,13,22,318,9,17,18,26,27,35,36C相相7,16,25,342,3,11,12,20,21,29,30三相分相結(jié)果q=3/

26、2）槽電動勢星形圖槽電動勢星形圖 401無刷直流電動機變壓器式繞組六槽永磁無刷直流電動機實物照片六槽永磁無刷直流電動機實物照片無刷直流電動機變壓器式繞組I、 槽數(shù) Z3，極數(shù) 2P2；II、 槽數(shù) Z6，極數(shù) 2P4；III、槽數(shù) Z9，極數(shù) 2P6；無刷直流電動機變壓器式繞組AXCZBY軸槽數(shù)槽數(shù) Z3，極數(shù)，極數(shù) 2P2CBAXYZI無刷直流電動機變壓器式繞組軸軸A1X1X2A2Y1B1Z1C1B2Y2C2Z2II槽數(shù)槽數(shù) Z6，極數(shù)，極數(shù) 2P4無刷直流電動機變壓器式繞組1,4,72,5,83,6,9ABC槽電動勢星形圖槽電動勢星形圖線圈號線圈號A 相相1, 4, 7B 相相2, 5,

27、8C 相相3, 6, 9三相分相結(jié)果q=0.5）III無刷直流電動機變壓器式繞組 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A 相集中式繞組展開圖a = 3）AXSNNSNS無刷直流電動機變壓器式繞組B 相集中式繞組展開圖a=3）2 3 4 5 6 7 8 9 1BYSNNSNS無刷直流電動機變壓器式繞組C 相集中式繞組展開圖a =3） 3 4 5 6 7 8 9 1 2CZSNNSNS無刷直流電動機系統(tǒng)組成3） 霍爾位置傳感器無刷直流電動機霍爾位置傳感器 霍爾效應(yīng) 1879年美國霍普金斯大學(xué)霍爾（ E.H.Hall發(fā)現(xiàn)，磁場中的導(dǎo)線有電流通過時，其橫向不僅受到力的作用，同時還出現(xiàn)電壓。 隨后，人們

28、又發(fā)現(xiàn)，不僅導(dǎo)體，而且半導(dǎo)體也存在霍爾效應(yīng)，而且更明顯。無刷直流電動機霍爾位置傳感器控制電流控制電流 IH霍爾電動勢霍爾電動勢E磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度BBIKEHH霍爾電動勢：霍爾電動勢：無刷直流電動機霍爾位置傳感器霍爾集成電路霍爾集成電路 -0.025 0 0.025 B / T運算放大器功率放大霍爾元件霍爾元件U0UccGND01234U0 /V開關(guān)型霍爾集成開關(guān)型霍爾集成電路特性曲線電路特性曲線 霍爾位置傳感器安裝 霍爾定子安裝 三個霍爾元件安裝在無刷電機的定子方，空間上彼此相差 120電角度 分別與無刷電機定子三相繞組首端所在槽中心線對齊。無刷直流電動機霍爾位置傳感器無刷直流電動機霍爾位

29、置傳感器 霍爾位置傳感器安裝 霍爾轉(zhuǎn)子安裝 與無刷電機轉(zhuǎn)子同軸安裝，薄磁片與霍爾元件氣隙 1mm 左右，永磁體軸線與無刷電機轉(zhuǎn)子主磁極軸線垂直。 霍爾轉(zhuǎn)子可直接利用無刷電機的主轉(zhuǎn)子。無刷直流電動機霍爾位置傳感器S霍爾元件霍爾元件電磁轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩：CYBZXASNnkBukCukAusinafTemFFKT霍爾磁片霍爾磁片無刷直流電動機霍爾位置傳感器 霍爾元件位置調(diào)校 在大批量生產(chǎn)情況下，可以采用嚴(yán)格控制主轉(zhuǎn)子永磁體質(zhì)量的一致性和提高霍爾元件的貼裝精度的措施，從而省去霍爾元件位置調(diào)校工作，達(dá)到簡化操作程序、降低制造成本的目的。無刷直流電動機霍爾位置傳感器60240300120PCPB18036

30、0PAttt轉(zhuǎn)子位置檢測波形轉(zhuǎn)子位置檢測波形 稀土永磁無刷直流電動機二、無刷電機原理 與特性Rare Earth Permanent Magnet Brushless DC Motor， BLDCM無刷直流電動機原理與特性1. 有刷直流電動機原理2. 無刷電機運行原理3. 無刷電機基本關(guān)系4. 無刷電機基本特性無刷直流電動機原理與特性1. 有刷直流電動機原理定、轉(zhuǎn)子磁場正交有刷直流電動機原理fem=Bliatem=femDa/2Tem=temk ( k=1toN ) CTIaea=BlvEa=eak ( k=1toN/2a ) =Cen直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩NSTem, niaf

31、emfemfemfem有刷直流電動機原理 直流電動機基本關(guān)系 電樞電動勢：Ea= Cen 電磁轉(zhuǎn)矩：Tem= CTIa 電壓平衡方程式：U2UEa+ IaRa 轉(zhuǎn)速特性：eaaCRIUUn2有刷直流電動機原理1 1號線圈換向開始號線圈換向開始 1 1號線圈正在換向號線圈正在換向 1 1號線圈換向結(jié)束號線圈換向結(jié)束1 2 1 2 1 2KK321 電刷靜止電刷靜止KK321KK321iaiaiaiaiaia2ia2ia2ia直流電動機的機械換向過程直流電動機的機械換向過程有刷直流電動機原理 1 1號線圈正在換向號線圈正在換向 KK321iaia2iaiee1 2i1i2iai直流電動機的機械換向

32、過程直流電動機的機械換向過程有刷直流電動機原理kreee換向元件中的電動勢換向元件中的電動勢reke電抗電動勢電抗電動勢旋轉(zhuǎn)電動勢旋轉(zhuǎn)電動勢有刷直流電動機原理換向元件中的電流換向元件中的電流kLbbkaiiRReTtii21)21 (Liki直線換向電流直線換向電流附加換向電流附加換向電流有刷直流電動機原理KK321iaiai1 2iaiRb1Rb2KK321iaiaRb換向過程電刷與換向器的接觸電阻換向過程電刷與換向器的接觸電阻有刷直流電動機原理0.5 1 t/TkRb1+ Rb24Rb0換向元件回路串聯(lián)的總電阻換向元件回路串聯(lián)的總電阻有刷直流電動機原理t0ikTke 0e 0換向元件中的附

33、加電流換向元件中的附加電流有刷直流電動機原理直流電機的直線換向電流直流電機的直線換向電流Tk0tiTkTk/2-IaIa電流換向時刻換向周期ms） 0e有刷直流電動機原理直流電機的延遲換向電流直流電機的延遲換向電流t0iTk/2 tc-IaIaTkiLiK 0e有刷直流電動機原理直流電機的延遲換向電流直流電機的延遲換向電流t0it c Tk/2-IaIaTkiLiK 0e有刷直流電動機原理KK321iaiai1 2iai左刷后刷邊出現(xiàn)火花左刷后刷邊出現(xiàn)火花直流電動機的延遲換向直流電動機的延遲換向有刷直流電動機原理KK321iaiai1 2iai右刷前刷邊出現(xiàn)火花右刷前刷邊出現(xiàn)火花直流電動機的超

34、越換向直流電動機的超越換向有刷直流電動機原理換向極換向極NSniaSkekererekBk順著轉(zhuǎn)子順著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)方向看，換向看，換向極的極性極的極性應(yīng)與主磁應(yīng)與主磁極的極性極的極性相反。相反。主磁極主磁極換向極換向極Nk直流電動機換向極的裝法直流電動機換向極的裝法有刷直流電動機原理直流電動機換向極的裝法直流電動機換向極的裝法SniaSkFaFkN換向極換向極有刷直流電動機原理NSniaSkerekekerBk順著轉(zhuǎn)子順著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方的旋轉(zhuǎn)方向看，換向看，換向極的極向極的極性應(yīng)與主性應(yīng)與主磁極的極磁極的極性一致。性一致。直流發(fā)電機換向極的裝法直流發(fā)電機換向極的裝法Nk換向極換向極有刷直流電

35、動機原理NSnNSn直流電動機直流電動機 直流發(fā)電機直流發(fā)電機直流電機移動電刷位置改善換向直流電機移動電刷位置改善換向無刷直流電動機原理與特性2. 無刷電機運行原理無刷直流電動機運行原理 電機運行原理分析模型電機運行原理分析模型FfSCXBFaCYBZANSnidAa)b)定、轉(zhuǎn)子磁場正交定、轉(zhuǎn)子磁場正交CnNZBYAANSXnnc)無刷直流電動機運行原理有刷直流電動機有刷直流電動機NSTem, nCnNZBYAANSXnnc)無刷直流電動機無刷直流電動機定轉(zhuǎn)子交換位置定轉(zhuǎn)子交換位置無刷直流電動機運行原理Y C X B Z A Y C原理分析模型展開圖原理分析模型展開圖SNnnSS N SSS

36、N=90永磁磁極永磁磁極：磁狀態(tài)角：磁狀態(tài)角定子繞組等效磁極定子繞組等效磁極無刷直流電動機原理與特性3. 無刷電機基本關(guān)系無刷直流電動機基本關(guān)系 電磁轉(zhuǎn)矩CCBBAAemieieieTconstieieieCCBBAA 恒定轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生條件無刷直流電動機基本關(guān)系3600B, ea, iaiaB18015030eatNS1梯形波無刷直流電動機波形圖梯形波無刷直流電動機波形圖無刷直流電動機基本關(guān)系三相電動勢、電流波形圖三相電動勢、電流波形圖e, i003600iA18015030eAiB120240eBeCiCtttA 相B 相C 相無刷直流電動機基本關(guān)系電動勢波形(磁密波形)電流波形相電動勢幅值電

37、磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩脈動系數(shù)不同波形的無刷直流電動機ettietitetitetitnkNPENm130nNPEm10nNPEm252nNPEm30mmemIET06. 1mmemIET632. 1mmemIET632. 1mmemIET35. 10T0T0T14. 0T無刷直流電動機基本關(guān)系 EPS 無刷直流電動機的實測波形無刷直流電動機的實測波形相電動勢霍爾位置信號無刷直流電動機基本關(guān)系 EPS 無刷直流電動機的實測波形相電動勢無刷直流電動機基本關(guān)系 EPS 無刷直流電動機的實測波形線電動勢無刷直流電動機基本關(guān)系電流仿真波形電流仿真波形 電流實測波形電流實測波形 EPS 無刷直流電動機的實測波形無刷

38、直流電動機基本關(guān)系三相星形六狀態(tài)三相星形三狀態(tài)相電動勢幅值平均電樞電流空 載 轉(zhuǎn) 速平均電磁轉(zhuǎn)矩nNPEim15nNPEim15amavREUUI222amavREUUI0025 . 7PNUUni0015PNUUniaviavINPT4aviavINPT2無刷直流電動機基本關(guān)系uaucubiaibic Ra L-MRa L-MRa L-Meaebec無刷直流電動機的等效電路無刷直流電動機的等效電路無刷直流電動機基本關(guān)系cbacbacbaaaacbaeeeiiipMLMLMLiiiRRRuuu000000000000 三相無中線無刷直流電動機的瞬態(tài)電壓方程 ua、ub、uc定子相繞組電壓； R

39、定子相繞組電阻； ia、 ib、 ic定子相繞組電流； L定子相繞組電感； ea、eb、ec定子相繞組電動勢； M兩相繞組間的互感。無刷直流電動機基本關(guān)系cbacbaaaacbacbaeeeiiiRRRuuuMLMLMLiiip000000100010001 三相無中線無刷直流電動機的狀態(tài)方程無刷直流電動機基本關(guān)系 無刷直流電動機動態(tài)特性由下列方程來描述無刷直流電動機動態(tài)特性由下列方程來描述dtdnGDTTIKTnKERIEUULemaTemeaaaa3752無刷直流電動機基本關(guān)系emT)()(sUsUaR1)(sITK)(sTLsGD2375)(sn)(sEaeK無刷直流電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖無

40、刷直流電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖無刷直流電動機原理與特性4. 無刷電機基本特性無刷直流電動機基本特性 不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的機械特性不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的機械特性emeTaeTKKRKUUn2 機械特性：nTem0 1：普通直流電動機 2：徑向式結(jié)構(gòu)無刷電動機電感較?。?3：切向式結(jié)構(gòu)無刷電動機電感較大）無刷直流電動機基本特性1000400030002000246n/(rpm)Tem/(N.m)0 2 8 6 4246Tem/(N.m)Ia/(A)0機械特性轉(zhuǎn)矩特性機械特性轉(zhuǎn)矩特性一臺稀土永磁無刷直流電動機方波驅(qū)動的實測特性一臺稀土永磁無刷直流電動機方波驅(qū)動的實測特性稀土永磁無刷直流電動機三、無刷電機控制Rare E

41、arth Permanent Magnet Brushless DC Motor ， BLDCM無刷直流電動機控制1. 無刷電機正反轉(zhuǎn)2. 無刷電機回饋制動3. 無刷電機起動與調(diào)速4. 無刷電機閉環(huán)控制無刷直流電動機控制1. 無刷電機正反轉(zhuǎn)無刷直流電動機正反轉(zhuǎn)1無刷電機正向運行無刷直流電動機正向運行CXSBFaCYBZAFf三相星形六磁狀態(tài)三相星形六磁狀態(tài)idNSnmax =120AA、B 相繞組通入直流電流 id 無刷直流電動機正向運行CXSBFaCYBZAFfidNSnmin =60A電動機正轉(zhuǎn)電動機正轉(zhuǎn) 60 電角度電角度902minmaxav無刷直流電動機正向運行SCYBZAFaFfX

42、BCASNSnidA、C 相繞組通入直流電流 id 無刷直流電動機正向運行SCYBZAFaFfXBCASNSnid電動機正轉(zhuǎn)電動機正轉(zhuǎn) 60 電角度電角度無刷直流電動機正向運行SCYBZXAFfFaCBANSnidB、C 相繞組通入直流電流 id 無刷直流電動機正向運行SCYBZXAFfFaCBANSnid電動機正轉(zhuǎn)電動機正轉(zhuǎn) 60 電角度電角度無刷直流電動機正向運行FfXBCYZABCAFaNSSnidB、A 相繞組通入直流電流 id 無刷直流電動機正向運行FfXBCYZABCAFaNSSnid電動機正轉(zhuǎn)電動機正轉(zhuǎn) 60 電角度電角度無刷直流電動機正向運行BCASidC、A 相繞組通入直流電

43、流 id FfXBCYZAFaNSn無刷直流電動機正向運行BCASidFfXBCYZAFaNSn電動機正轉(zhuǎn)電動機正轉(zhuǎn) 60 電角度電角度無刷直流電動機正向運行XBCAZFaFfYBCANSSnidC、B 相繞組通入直流電流 id 無刷直流電動機正向運行XBCAZFaFfYBCANSSnid電動機正轉(zhuǎn)電動機正轉(zhuǎn) 60 電角度電角度無刷直流電動機正向運行CXSBFaCYBZAFfidNSnAA、B 相繞組通入直流電流 id 無刷直流電動機正向運行 逆變器功率管驅(qū)動信號逆變器功率管驅(qū)動信號 V3300180180V1V4V61202406060360120240300360V2V6V5tttttt

44、三相電流波形三相電流波形 120240300180240360iCiBiAttt6060120300180360ABACBCBAACCBBA無刷直流電動機正反轉(zhuǎn)注：紅色字體電壓表示霍爾元件輸出高電平信號；注：紅色字體電壓表示霍爾元件輸出高電平信號；藍(lán)色字體電壓表示霍爾元件輸出低電平信號。藍(lán)色字體電壓表示霍爾元件輸出低電平信號。霍爾元件信號霍爾元件信號電機正轉(zhuǎn)電機正轉(zhuǎn)電機反轉(zhuǎn)電機反轉(zhuǎn)導(dǎo)通繞組導(dǎo)通繞組導(dǎo)通管子導(dǎo)通管子導(dǎo)通繞組導(dǎo)通繞組導(dǎo)通管子導(dǎo)通管子ukA ukB ukC A BV1 V6A CV1 V2ukA ukB ukCA CV1 V2A BV1 V6ukA ukB ukCB CV3 V2C

45、BV5 V6ukA uKB ukCB AV3 V4C AV5 V4ukA uKB ukCC AV5 V4B AV3 V4ukA uKB ukCC BV5 V6B CV3 V2無刷直流電動機反向運行反向運行時的三相電流波形反向運行時的三相電流波形 120300180240360iBiAtt60180360240iCt60120300無刷直流電動機正反轉(zhuǎn)2無刷電機反向運行無刷直流電動機反向運行AFaSCYBZXFfNSnA 、C 相繞組通入直流電流 id CBidA無刷直流電動機反向運行電動機反轉(zhuǎn)電動機反轉(zhuǎn) 60 電角度電角度FfAFaSCYBZXNSnCBidA無刷直流電動機反向運行FfAFaS

46、CYBZNSnCBidAA 、B 相繞組通入直流電流 id 無刷直流電動機反向運行AFaSCYBZNSnCBidA電動機反轉(zhuǎn)電動機反轉(zhuǎn) 60 電角度電角度Ff無刷直流電動機控制2. 無刷電機回饋制動 無刷直流電動機回饋制動正向制動時電磁轉(zhuǎn)矩的方向正向制動時電磁轉(zhuǎn)矩的方向正向電動運行正向電動運行 正向回饋制動正向回饋制動TemTem,nnTLTL無刷直流電動機回饋制動 回饋制動原理 只要改變同一磁極下電樞電流的方向，就可改變電動機電磁轉(zhuǎn)矩的方向fem=Bl ia），產(chǎn)生制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，電機進(jìn)入正向制動回饋發(fā)電狀態(tài)，將機械動能轉(zhuǎn)換為電能消耗在直流環(huán)的電阻Rh或?qū)﹄姵爻潆姡o刷直流電動機回饋制動C

47、BididBCAAA B B A改變同一磁極下電樞電流的方向改變同一磁極下電樞電流的方向無刷直流電動機回饋制動 回饋制動方法 改變同一磁極下電樞電流的方向，只須把同一橋臂上下兩個功率管的導(dǎo)通時刻互換即可。如正向電動時V1導(dǎo)通的時刻由V4來代替，V6導(dǎo)通的時刻由V3來代替，電動機就會產(chǎn)生正向制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。無刷直流電動機回饋制動CSBXFaCYBZAFfNSnid正向制動前電機處于正向電動狀態(tài)正向制動前電機處于正向電動狀態(tài)無刷直流電動機回饋制動idBCASXFaCYBZAFfNSn正向制動時電樞磁動勢改變方向正向制動時電樞磁動勢改變方向無刷直流電動機回饋制動正向電動狀態(tài)正向電動狀態(tài) 回饋制動回饋

48、制動XFaCYBZAFfNSnXFaCYBZAFfNSn無刷直流電動機控制正向電動正向電動反向電動反向電動正向回饋運行正向回饋運行正向回饋過程正向回饋過程反向回饋反向回饋1 12 23 34 4Temn無刷直流電動機控制 3. 無刷電機起動與調(diào)速無刷電機起動與調(diào)速無刷直流電動機起動與調(diào)速 1） 無刷電機起動無刷電機起動 無刷直流電動機起動無刷直流電動機起動 同樣，無刷直流電動機全壓起動時起動同樣，無刷直流電動機全壓起動時起動電流也很大，這是主電路功率開關(guān)管和電機電流也很大，這是主電路功率開關(guān)管和電機所不允許的。所不允許的。 通常采用降壓起動，以限制起動電流。通常采用降壓起動，以限制起動電流。

49、無刷直流電動機起動與調(diào)速 2） 無刷電機調(diào)速無刷電機調(diào)速無刷直流電動機調(diào)速電動汽車要求的驅(qū)動電機機械特性電動汽車要求的驅(qū)動電機機械特性恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速無刷直流電動機調(diào)速調(diào)速方法 降壓調(diào)速 弱磁調(diào)速無刷直流電動機降壓調(diào)速tuput電流調(diào)節(jié)器輸出信號三角波發(fā)生器輸出信號PWM 發(fā)生器輸出信號PWM 信號產(chǎn)生原理uruc無刷直流電動機弱磁調(diào)速調(diào)速方法 控制方法 結(jié)構(gòu)方法無刷直流電動機弱磁調(diào)速 控制方法 即改變逆變器開關(guān)元件的觸發(fā)角，使定子電流的相位提前，產(chǎn)生一個去磁的電樞磁動勢，削弱永磁磁場。 加弱磁線圈 即在電機定子鐵芯中加入弱磁線圈，通入直流電流，產(chǎn)生一個軸向附加磁場，根

50、據(jù)電流方向不同，可以削弱或增加永磁磁場。無刷直流電動機弱磁調(diào)速 控制方法無刷直流電動機弱磁調(diào)速Fad =0，無去磁作用FFa= FaqCYBZAFfNSn= 90無刷直流電動機弱磁調(diào)速Fad 的最大去磁作用FaqFadFFaCYBZAFfNSn= 12090120無刷直流電動機增磁調(diào)速Fad 的最大增磁作用FadFFaqFaCYBZAFfNSn= 60無刷直流電動機弱磁調(diào)速e, i003600iA18015030eAiB150270eBeCiCttt電流超前電動勢相位角電流超前電動勢相位角無刷直流電動機弱磁調(diào)速1200 1600 2000 2400 n/ (r min-1)Tem (N.m)2

51、04060801201401600=45=40=30=0不同相位角不同相位角時無刷電機機械特性時無刷電機機械特性無刷直流電動機弱磁調(diào)速 增大電流超前角可顯著提高電動機的調(diào)速范圍； 的增大意味著電動機直軸去磁電流的增大，直軸 電樞反應(yīng)去磁增大，從而實現(xiàn)電動機的弱磁； 的增大將導(dǎo)致電動機轉(zhuǎn)矩紋波增大，這些脈動轉(zhuǎn) 矩頻率較高，對電機運行影響不大；同時也將導(dǎo)致 電樞電流的增大，電機溫升有所提高。無刷直流電動機弱磁調(diào)速 結(jié)構(gòu)方法無刷直流電動機弱磁調(diào)速 混合勵磁無刷直流電動機混合勵磁無刷直流電動機內(nèi)定子鐵心內(nèi)定子鐵心外轉(zhuǎn)子鐵心外轉(zhuǎn)子鐵心永磁極永磁極鐵極鐵極勵磁繞組勵磁繞組無刷直流電動機弱磁調(diào)速 混合勵磁無

52、刷直流電動機樣機混合勵磁無刷直流電動機樣機無刷直流電動機弱磁調(diào)速 混合勵磁無刷電機增磁原理混合勵磁無刷電機增磁原理永磁磁通永磁磁通勵磁磁通勵磁磁通合成磁通合成磁通無刷直流電動機弱磁調(diào)速永磁磁通永磁磁通勵磁磁通勵磁磁通合成磁通合成磁通 混合勵磁無刷電機弱磁原理混合勵磁無刷電機弱磁原理無刷直流電動機弱磁調(diào)速 勵磁磁通的去磁作用勵磁磁通的去磁作用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180空間電角度空間電角度 S N勵磁磁通勵磁磁通感應(yīng)極感應(yīng)極 N勵磁電流勵磁電流 S 無刷直流電動機弱磁調(diào)速勵磁磁通的增磁作用勵磁磁通的增磁作用（改變勵磁電流的方向）（改變勵磁電流的方向）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180空間電角度空間電角度 S S

53、NN無刷直流電動機弱磁調(diào)速樣機的輸出電壓波形樣機的輸出電壓波形調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)CPPM 電機電機氣隙磁通，可使氣隙磁通，可使電壓有效值改變電壓有效值改變超過超過 30。A：23.46VB：18.13VC：11.52V無刷直流電動機控制 4、無刷電機閉環(huán)控、無刷電機閉環(huán)控制制無刷直流電動機閉環(huán)控制+|iA|iB|iC|2PIPWMPS+A+B+C-A-B-C_I*REFIFiAiBiC邏輯變換無刷直流電動機控制框圖無刷直流電動機控制框圖無刷直流電動機閉環(huán)控制 三相繞組電流經(jīng)絕對值處理后相加再除以2 得到反饋電流 IF ， 這一電流代表了電機的等效電樞電流； 無刷直流電動機閉環(huán)控制 無刷電機三相繞組的通電

54、次序由轉(zhuǎn)子位置傳感器PS的三個信號決定，對該信進(jìn)行邏輯處理后得到三相逆變橋六個開關(guān)器件的驅(qū)動信號；無刷直流電動機閉環(huán)控制 給定信號IREF與反饋電流 IF 相比較，由PI調(diào)節(jié)器輸出來調(diào)節(jié) PWM 波的寬度；當(dāng)IFIREF 時，使PWM脈沖變窄。 無刷直流電動機變結(jié)構(gòu)控制 同步電動機的特點 穩(wěn)速精度高，可開環(huán)控制 無刷直流電動機的特點 起動和調(diào)速性能好無刷直流電動機變結(jié)構(gòu)控制 綜合兩者的優(yōu)點，在同一控制線路中實現(xiàn)電機的兩種運行方式，即電機處于起動或調(diào)速過程時，采用無刷直流電動機運行模式，一旦電機的轉(zhuǎn)速到了給定值附近時，馬上進(jìn)入同步電動機模式。無刷直流電動機變結(jié)構(gòu)控制 這種系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)不變，所不

55、同的是系統(tǒng)的控制軟件。電機同步運行時，CPU只需按一定的頻率控制電機的換向；一旦失步，電機馬上進(jìn)入無刷直流電動機運行，并重新將其牽入同步。無刷直流電動機變結(jié)構(gòu)控制轉(zhuǎn)速給定轉(zhuǎn)速給定 0無刷直流電動機運行模式同步電動機運行模式轉(zhuǎn)速檢測轉(zhuǎn)速反饋 +_0轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速稀土永磁無刷直流電動機Rare Earth Permanent Magnet Brushless DC Motor，BLDCM四、無刷電機脈動轉(zhuǎn)矩?zé)o刷直流電動機脈動轉(zhuǎn)矩?zé)o刷電機脈動轉(zhuǎn)矩分類 齒槽脈動轉(zhuǎn)矩 換相脈動轉(zhuǎn)矩?zé)o刷直流電動機脈動轉(zhuǎn)矩齒槽脈動轉(zhuǎn)矩 無刷電機齒槽脈動轉(zhuǎn)矩 齒槽轉(zhuǎn)矩脈動齒槽轉(zhuǎn)矩脈動 由于定子齒槽的存在，不同位置由于定子齒槽的存在

56、，不同位置磁路上的磁阻存在差異，使氣隙磁場磁路上的磁阻存在差異，使氣隙磁場電動勢在空間分布時間上出電動勢在空間分布時間上出現(xiàn)鋸齒波，進(jìn)而引起齒槽轉(zhuǎn)矩脈動?，F(xiàn)鋸齒波，進(jìn)而引起齒槽轉(zhuǎn)矩脈動。 無刷電機齒槽脈動轉(zhuǎn)矩maxB永磁體永磁體定子齒槽定子齒槽齒槽對氣隙磁密波的影響齒槽對氣隙磁密波的影響無刷電機齒槽脈動轉(zhuǎn)矩?zé)o刷電機一相電動勢波形無刷電機一相電動勢波形無刷電機齒槽脈動轉(zhuǎn)矩 齒槽轉(zhuǎn)矩脈動的削弱方法 1. 斜極槽法 2. 輔助槽法 3. 分?jǐn)?shù)槽法 4. 磁性槽楔法 5. 減小槽口寬度無刷電機齒槽脈動轉(zhuǎn)矩NN整體斜極整體斜極階梯斜極階梯斜極斜極槽法斜極槽法無刷電機齒槽脈動轉(zhuǎn)矩開輔助槽開輔助槽10極極/

57、12槽無刷吊扇槽無刷吊扇無刷電機齒槽脈動轉(zhuǎn)矩10極/12槽無刷吊扇轉(zhuǎn)矩實測波形開輔助槽開輔助槽未開輔助槽未開輔助槽無刷電機齒槽脈動轉(zhuǎn)矩未開輔助槽轉(zhuǎn)矩波形的頻譜分析未開輔助槽轉(zhuǎn)矩波形的頻譜分析無刷電機齒槽脈動轉(zhuǎn)矩開輔助槽轉(zhuǎn)矩波形的頻譜分析開輔助槽轉(zhuǎn)矩波形的頻譜分析無刷電機齒槽脈動轉(zhuǎn)矩6極/18 槽整數(shù)槽繞組無刷電機無刷電機齒槽脈動轉(zhuǎn)矩6 極/ 9 槽分?jǐn)?shù)槽繞組無刷電機無刷直流電動機脈動轉(zhuǎn)矩?fù)Q相脈動轉(zhuǎn)矩 無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩脈動emCemBemACCBBAACCBBAAemTTTieieieiiieieT無刷直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o刷直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o刷直流電動機轉(zhuǎn)矩脈動ttttteAtiAemATe

58、mBTemCTemTemCT無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩脈動 轉(zhuǎn)矩脈動率 （或稱轉(zhuǎn)矩脈動系數(shù)）%100minmaxemavememTTTT無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩脈動mmemavIET33mmemIET3maxmmemIET23min%14%100minmaxemavememTTTT平均電磁轉(zhuǎn)矩平均電磁轉(zhuǎn)矩最大電磁轉(zhuǎn)矩最大電磁轉(zhuǎn)矩最小電磁轉(zhuǎn)矩最小電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩脈動率轉(zhuǎn)矩脈動率無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩脈動轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的原因轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的原因 電磁因素電磁因素 電流換向電流換向 鐵心齒槽鐵心齒槽 電流波形電流波形 機械加工機械加工 無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩脈動永磁無刷直流電動機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動的原因永磁無刷直流電動機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動的原因 電磁因素電磁因