電機(jī)學(xué)chap10_永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)課件

1、 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)（Permanent Magnet Brushless DC Motor）10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材一、問(wèn)題的提出 直流電動(dòng)機(jī)雖然具有優(yōu)良的調(diào)速和起動(dòng)特性，但由于存在電刷和換向器，需要經(jīng)常性維護(hù)，并且會(huì)產(chǎn)生火花和電磁干擾，限制了它的應(yīng)用范圍。 近年廣泛應(yīng)用的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，就是為了克服換向器和電刷的滑動(dòng)接觸而發(fā)展起來(lái)的新型直流電動(dòng)機(jī)。二、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材有刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理磁極靜止，電樞旋轉(zhuǎn)f=IBla，該力形成電磁轉(zhuǎn)矩根據(jù)左手定則，線圈在這個(gè)轉(zhuǎn)矩作用下將按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)

2、當(dāng)載流導(dǎo)體轉(zhuǎn)過(guò)180度后，借助電刷-換向片改變導(dǎo)體中電流方向10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)原理電樞靜止，磁極旋轉(zhuǎn)，且磁極為永久磁鐵。電樞繞組中電流的換向借助于轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開(kāi)關(guān)線路來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)一般都是由電動(dòng)機(jī)、位置傳感器和電子開(kāi)關(guān)線路三部分組成。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)原理圖10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的原理框圖10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材電動(dòng)機(jī)本體10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材(a)永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式 (a) 表面貼裝式； (b

3、) 內(nèi)嵌式. 1磁鋼； 2鐵心 (b)10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材逆變器結(jié)構(gòu)星形三相三狀態(tài)星形三相六狀態(tài)10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材封閉三相六狀態(tài)星形四相四狀態(tài) 正交兩相四狀態(tài)封閉四相四狀態(tài)10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材轉(zhuǎn)子位置傳感器(1) 磁敏式位置傳感器霍爾元件10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材轉(zhuǎn)子位置傳感器(1) 磁敏式位置傳感器外形電路原理開(kāi)關(guān)特性霍爾位置傳感器10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材(2)電磁式位置傳感器(3)光電式位置傳感器10

4、.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材1.一相導(dǎo)通星形三相三狀態(tài)1）H1受光，V1導(dǎo)通，A相流過(guò)電流，產(chǎn)生磁勢(shì)Fa。電流路徑：電源正極A相繞組V1管電源負(fù)極。2）電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)120電角度后，H1被遮光，H2受光，V1關(guān)斷，V2導(dǎo)通，B相繞組通入電流，產(chǎn)生磁勢(shì)Fb。3）再轉(zhuǎn)過(guò)120電角度后，C相導(dǎo)通。10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材A相導(dǎo)通B相導(dǎo)通C相導(dǎo)通 轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)120電角度后，功率管換流一次，定子磁場(chǎng)狀態(tài)就改變一次，電機(jī)有三個(gè)磁狀態(tài)。每個(gè)功率管導(dǎo)通120電角度后（1/3周期）。磁場(chǎng)為跳躍式步進(jìn)磁場(chǎng)。因此，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。減小轉(zhuǎn)矩脈

5、動(dòng)的方法是增加一周內(nèi)的磁狀態(tài)數(shù)，如二相導(dǎo)通六狀態(tài)。10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材2 .二相導(dǎo)通星形六狀態(tài)10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材定子合成磁場(chǎng)仍為跳躍式旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)為60電角度，即1/6周期。每轉(zhuǎn)60電角度，逆變器開(kāi)關(guān)管換流一次，有六個(gè)狀態(tài)。每個(gè)功率管（每相繞組）導(dǎo)通120電角度。V1V6導(dǎo)通V1V2導(dǎo)通10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材三相六狀態(tài)繞組與開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通順序表10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材三、運(yùn)行特性1. 基本方程 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本物理量有：反電勢(shì)、電樞電流、

6、電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等。它們的表達(dá)式與電機(jī)氣隙磁場(chǎng)分布、繞組形式密切相關(guān)。 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)有正弦波和方波之分。10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材方波氣隙磁場(chǎng)分布梯形波反電動(dòng)勢(shì)與方波電流2. 機(jī)械特性10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材機(jī)械特性曲線 調(diào)節(jié)特性曲線 四、控制方法1.有位置傳感器控制 轉(zhuǎn)子位置傳感器替代了電刷，電子換向電路替代了機(jī)械式換向器。因此，電子控制系統(tǒng)是永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)不可缺少的組成部分。10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材(1) 轉(zhuǎn)速控制 通過(guò)脈寬調(diào)制（PWM）方法改變電壓大小實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。(2) 正

7、、反轉(zhuǎn)控制有刷電機(jī)：改變勵(lì)磁磁場(chǎng)的極性或電樞電壓的極性。無(wú)刷電機(jī)：原理相同，但因功率管的單向?qū)щ娦裕荒芸亢?jiǎn)單地改變電源電壓極性使電機(jī)反轉(zhuǎn)，而是通過(guò)改變繞組的通電順序來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)向。10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材A. 有兩套位置傳感器要改變繞組的通電順序，就要切換位置傳感器的輸出信號(hào)。(a) 順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)(b)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，Wa,Wb, Wc輸出信號(hào)；逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，Wa,Wb, Wc輸出信號(hào)。 正反轉(zhuǎn)控制邏輯圖10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材B. 一套位置傳感器正：A相導(dǎo)通反：C相導(dǎo)通正：C相導(dǎo)通反：B相導(dǎo)通正：B相導(dǎo)通反：A相導(dǎo)通10.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材1H1H1H2H2H2H3H3H3H二相導(dǎo)通方式傳感器信號(hào)與功率管開(kāi)關(guān)導(dǎo)通邏輯關(guān)系正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)H1H2H3導(dǎo)通管H1H2H3導(dǎo)通管101V1V2101V4V5100V2V3001V3V4110V3V4011V2V3010V4V5010V1V2011V5V6110V6V1001V6V1100V5V610.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材2. 無(wú)位置傳感器控制 無(wú)位置傳感器控制是指無(wú)機(jī)械式位置傳感器