稀土永磁無刷直流電動機課件2

第三章稀土永磁無刷直流電動機

Chapter3REPMBrushlessDCMotor(BLDCM)1第三章稀土永磁無刷直流電動機

Chapter3第一節(jié)概述無刷直流電動機的發(fā)展無刷直流電動機的優(yōu)點稀土永磁無刷直流電動機的優(yōu)越性無刷直流電動機的構(gòu)成無刷直流電動機的系統(tǒng)圖稀土永磁無刷直流電動機結(jié)構(gòu)2第一節(jié)概述無刷直流電動機的發(fā)展2

無刷直流電動機的發(fā)展電機理論稀土永磁材料電力電子器件專用集成電路計算機新型控制理論3無刷直流電動機的發(fā)展電機理論3無刷直流電動機的優(yōu)點可靠性高維護方便結(jié)構(gòu)簡單特性好散熱容易轉(zhuǎn)速不受機械換向限制噪聲小4無刷直流電動機的優(yōu)點可靠性高4稀土永磁無刷直流電動機的優(yōu)越性體積小、重量輕轉(zhuǎn)動慣量小、動態(tài)特性好氣隙大、力矩脈動小方波電機設(shè)計、方波驅(qū)動抗去磁能力強磁路設(shè)計簡化5稀土永磁無刷直流電動機的優(yōu)越性體積小、重量輕5無刷直流電動機的構(gòu)成框圖

6無刷直流電動機的構(gòu)成框圖

6無刷直流電動機系統(tǒng)總體框圖

功率主電路驅(qū)動電路PWM及邏輯合成電路轉(zhuǎn)子位置檢測電路主控電路串行LED顯示電路BLDCM給定7無刷直流電動機系統(tǒng)總體框圖功率主電路驅(qū)動電路PWM及邏輯合無刷直流電動機的系統(tǒng)圖8無刷直流電動機的系統(tǒng)圖8稀土永磁無刷直流電動機工作原理示意圖9稀土永磁無刷直流電動機工作原理示意圖91010圖（a），電流流通路徑：電源正極---V1---A相---B相---V6---電源負極圖（b），電流流通路徑：電源正極---V1---A相---C相---V2---電源負極從（a）到（b）的60°電角范圍：轉(zhuǎn)子磁場連續(xù)轉(zhuǎn)動定子合成磁場不動11圖（a），電流流通路徑：11稀土永磁無刷直流電動機工作原理定子合成磁場為跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場，每個步進角是60°電角轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過60°電角，逆變器開關(guān)管換流一次電機有6個磁狀態(tài)，每一磁狀態(tài)均為兩相導(dǎo)通

120°

導(dǎo)通型逆變器：每相流過電流的時間相當于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)電角每個開關(guān)管的導(dǎo)通角為120°12稀土永磁無刷直流電動機工作原理定子合成磁場為跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場，1313稀土永磁無刷直流電動機結(jié)構(gòu)示意圖14稀土永磁無刷直流電動機結(jié)構(gòu)示意圖14

稀土永磁無刷直流電動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)15稀土永磁無刷直流電動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)15稀土永磁無刷直流電動機的逆變器兩種主電路形式：橋式非橋式最常用的主電路三相星形六狀態(tài)三相星形三狀態(tài)16稀土永磁無刷直流電動機的逆變器兩種主電路形式：16

1717轉(zhuǎn)子位置傳感器作用：檢測轉(zhuǎn)子磁極相對于定子繞組軸線的位置常用的形式：磁敏式電磁式光電式接近開關(guān)式18轉(zhuǎn)子位置傳感器作用：18第二節(jié)基本公式方波電動機普通無刷直流電動機數(shù)學(xué)模型19第二節(jié)基本公式方波電動機19方波電動機稀土永磁徑向激磁20方波電動機稀土永磁20

皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴重損害的，全身性疾病，而且不少患者同時伴有惡性腫瘤。它的1癥狀表現(xiàn)如下：1、早期皮肌炎患者，還往往伴有全身不適癥狀，如-全身肌肉酸痛，軟弱無力，上樓梯時感覺兩腿費力；舉手梳理頭發(fā)時，舉高手臂很吃力；抬頭轉(zhuǎn)頭緩慢而費力。皮肌炎圖片——皮肌炎的癥狀表現(xiàn)皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴重方波電動機集中整距繞組

q=1二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)磁場寬度>120°電勢平頂寬>120°22方波電動機集中整距繞組221．

電樞繞組感應(yīng)電勢v為導(dǎo)體相對于磁場的線速度:

（m/s）(3-2)

其中n為電機轉(zhuǎn)速（r/min）

D為電樞內(nèi)徑；為極距；

p為極對數(shù)。

單根導(dǎo)體在氣隙磁場中感應(yīng)電勢為（V）(3-1)

式中Bδ為氣隙磁感應(yīng)強度；

L為導(dǎo)體的有效長度；231．

電樞繞組感應(yīng)電勢單根導(dǎo)體在氣隙磁場中感應(yīng)電勢為23方波氣隙磁感應(yīng)強度對應(yīng)的每極磁通為

(Wb)(3-5)

式中為計算極弧系數(shù)則有

(V)(3-6)

設(shè)電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)為則每相繞組的感應(yīng)電勢為

(V)(3-3)

將式（3-2）代入式（3-1）得

(V)(3-4)24設(shè)電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)為24方波電動機1．

電樞繞組感應(yīng)電勢將式（3-6）代入式（3-3）得每相繞組感應(yīng)電勢

(V)(3-7)

則線電勢，即電樞感應(yīng)電勢為

(V)(3-8)

式中為電勢常數(shù)25方波電動機1．

電樞繞組感應(yīng)電勢25方波電動機2.電樞電流在每個導(dǎo)通時間內(nèi)有以下電壓平衡方程式式中U

為電源電壓；為開關(guān)管的飽和管壓降；為每相繞組電流；為每相繞組電阻。由上式得

(A)(3-10)26方波電動機2.電樞電流26方波電動機3.電磁轉(zhuǎn)矩在任一時刻，電機的電磁轉(zhuǎn)矩由兩相繞組的合成磁場與轉(zhuǎn)子永磁場相互作用而產(chǎn)生，則

(N.m)(3-11)式中為電機的角速度27方波電動機3.電磁轉(zhuǎn)矩27方波電動機3.電磁轉(zhuǎn)矩

(N.m)(3-12)

式中為轉(zhuǎn)矩常數(shù)28方波電動機3.電磁轉(zhuǎn)矩28方波電動機4．轉(zhuǎn)速將式（2-8）代入式（2-9）得

(r/min)空載轉(zhuǎn)速為

(r/min)29方波電動機4．轉(zhuǎn)速29普通無刷直流電動機普通永磁材料勵磁氣隙磁場近似為正弦波電勢近似為正弦波設(shè)計中近似處理—僅考慮基波30普通無刷直流電動機普通永磁材料勵磁3031313232稀土永磁無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型由于方波電動機的氣隙磁場、反電勢以及電流都是非正弦的，因此采用直、交軸坐標變換已不是有效的分析方法直接利用電動機原有的相變量，即在三相定子坐標系（A，B，C）軸系下建立電機的數(shù)學(xué)模型比較方便，又可獲得較準確的結(jié)果。33稀土永磁無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型由于方波電動機的氣隙磁場、反稀土永磁無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型

以兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)為例，假設(shè)：①定子三相完全對稱；②忽略齒槽效應(yīng)，繞組均勻分布于光滑定子的表面內(nèi)；③忽略磁路飽和，不計渦流和磁滯損耗；④不考慮電樞反應(yīng)，氣隙磁場分布近似為矩形波，平頂寬度為120o電角度；⑤轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組，永磁體不起阻尼作用。34稀土永磁無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型以兩相導(dǎo)通星形三相六狀稀土永磁無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型定子電壓方程

式中－定子相繞組電壓（V）；－定子相繞組電流（A）；－定子相繞組電動勢（V）；－定子各相繞組的自感（H）；－定子每兩相繞組間的互感(H）；

P－微分算子35稀土永磁無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型定子電壓方程35稀土永磁無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型因電機三相繞組完全對稱，所以令則定子電壓方程簡化為：（3-19）36稀土永磁無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型因電機三相繞組完全對稱，所以三相方波電流和三相梯形波反電勢37三相方波電流和三相梯形波反電勢37稀土永磁無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型當三相繞組為星形連接，且沒有中線，則有并且代人式（3－19），得電壓方程為：38稀土永磁無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型當三相繞組為星形連接，且沒有稀土永磁無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型電磁轉(zhuǎn)矩為

式中－轉(zhuǎn)子角速度39稀土永磁無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型電磁轉(zhuǎn)矩為39方波驅(qū)動電機的等效電路圖40方波驅(qū)動電機的等效電路圖40第三章稀土永磁無刷直流電動機

Chapter3REPMBrushlessDCMotor(BLDCM)41第三章稀土永磁無刷直流電動機

Chapter3第一節(jié)概述無刷直流電動機的發(fā)展無刷直流電動機的優(yōu)點稀土永磁無刷直流電動機的優(yōu)越性無刷直流電動機的構(gòu)成無刷直流電動機的系統(tǒng)圖稀土永磁無刷直流電動機結(jié)構(gòu)42第一節(jié)概述無刷直流電動機的發(fā)展2

無刷直流電動機的發(fā)展電機理論稀土永磁材料電力電子器件專用集成電路計算機新型控制理論43無刷直流電動機的發(fā)展電機理論3無刷直流電動機的優(yōu)點可靠性高維護方便結(jié)構(gòu)簡單特性好散熱容易轉(zhuǎn)速不受機械換向限制噪聲小44無刷直流電動機的優(yōu)點可靠性高4稀土永磁無刷直流電動機的優(yōu)越性體積小、重量輕轉(zhuǎn)動慣量小、動態(tài)特性好氣隙大、力矩脈動小方波電機設(shè)計、方波驅(qū)動抗去磁能力強磁路設(shè)計簡化45稀土永磁無刷直流電動機的優(yōu)越性體積小、重量輕5無刷直流電動機的構(gòu)成框圖

46無刷直流電動機的構(gòu)成框圖

6無刷直流電動機系統(tǒng)總體框圖

功率主電路驅(qū)動電路PWM及邏輯合成電路轉(zhuǎn)子位置檢測電路主控電路串行LED顯示電路BLDCM給定47無刷直流電動機系統(tǒng)總體框圖功率主電路驅(qū)動電路PWM及邏輯合無刷直流電動機的系統(tǒng)圖48無刷直流電動機的系統(tǒng)圖8稀土永磁無刷直流電動機工作原理示意圖49稀土永磁無刷直流電動機工作原理示意圖95010圖（a），電流流通路徑：電源正極---V1---A相---B相---V6---電源負極圖（b），電流流通路徑：電源正極---V1---A相---C相---V2---電源負極從（a）到（b）的60°電角范圍：轉(zhuǎn)子磁場連續(xù)轉(zhuǎn)動定子合成磁場不動51圖（a），電流流通路徑：11稀土永磁無刷直流電動機工作原理定子合成磁場為跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場，每個步進角是60°電角轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過60°電角，逆變器開關(guān)管換流一次電機有6個磁狀態(tài)，每一磁狀態(tài)均為兩相導(dǎo)通

120°

導(dǎo)通型逆變器：每相流過電流的時間相當于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)電角每個開關(guān)管的導(dǎo)通角為120°52稀土永磁無刷直流電動機工作原理定子合成磁場為跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場，5313稀土永磁無刷直流電動機結(jié)構(gòu)示意圖54稀土永磁無刷直流電動機結(jié)構(gòu)示意圖14

稀土永磁無刷直流電動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)55稀土永磁無刷直流電動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)15稀土永磁無刷直流電動機的逆變器兩種主電路形式：橋式非橋式最常用的主電路三相星形六狀態(tài)三相星形三狀態(tài)56稀土永磁無刷直流電動機的逆變器兩種主電路形式：16

5717轉(zhuǎn)子位置傳感器作用：檢測轉(zhuǎn)子磁極相對于定子繞組軸線的位置常用的形式：磁敏式電磁式光電式接近開關(guān)式58轉(zhuǎn)子位置傳感器作用：18第二節(jié)基本公式方波電動機普通無刷直流電動機數(shù)學(xué)模型59第二節(jié)基本公式方波電動機19方波電動機稀土永磁徑向激磁60方波電動機稀土永磁20

皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴重損害的，全身性疾病，而且不少患者同時伴有惡性腫瘤。它的1癥狀表現(xiàn)如下：1、早期皮肌炎患者，還往往伴有全身不適癥狀，如-全身肌肉酸痛，軟弱無力，上樓梯時感覺兩腿費力；舉手梳理頭發(fā)時，舉高手臂很吃力；抬頭轉(zhuǎn)頭緩慢而費力。皮肌炎圖片——皮肌炎的癥狀表現(xiàn)皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴重方波電動機集中整距繞組

q=1二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)磁場寬度>120°電勢平頂寬>120°62方波電動機集中整距繞組221．

電樞繞組感應(yīng)電勢v為導(dǎo)體相對于磁場的線速度:

（m/s）(3-2)

其中n為電機轉(zhuǎn)速（r/min）

D為電樞內(nèi)徑；為極距；

p為極對數(shù)。

單根導(dǎo)體在氣隙磁場中感應(yīng)電勢為（V）(3-1)

式中Bδ為氣隙磁感應(yīng)強度；

L為導(dǎo)體的有效長度；631．

電樞繞組感應(yīng)電勢單根導(dǎo)體在氣隙磁場中感應(yīng)電勢為23方波氣隙磁感應(yīng)強度對應(yīng)的每極磁通為

(Wb)(3-5)

式中為計算極弧系數(shù)則有

(V)(3-6)

設(shè)電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)為則每相繞組的感應(yīng)電勢為

(V)(3-3)

將式（3-2）代入式（3-1）得

(V)(3-4)64設(shè)電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)為24方波電動機1．

電樞繞組感應(yīng)電勢將式（3-6）代入式（3-3）得每相繞組感應(yīng)電勢

(V)(3-7)

則線電勢，即電樞感應(yīng)電勢為

(V)(3-8)

式中為電勢常數(shù)65方波電動機1．

電樞繞組感應(yīng)電勢25方波電動機2.電樞電流在每個導(dǎo)通時間內(nèi)有以下電壓平衡方程式式中U

為電源電壓；為開關(guān)管的飽和管壓降；為每相繞組電流；為每相繞組電阻。由上式得

(A)(3-10)66方波電動機2.電樞電流26方波電動機3.電磁轉(zhuǎn)矩在任一時刻，電機的電磁轉(zhuǎn)矩由兩相繞組的合成磁場與轉(zhuǎn)子永磁場相互作用而產(chǎn)生，則

(N.m)(3-11)式中為電機的角速度67方波電動機3.電磁轉(zhuǎn)矩27方波電動機3.電磁轉(zhuǎn)矩

(N.m)(3-12)

式中為轉(zhuǎn)矩常數(shù)68方波電動機3.電磁轉(zhuǎn)矩28方波電動機4．轉(zhuǎn)速將式（2-8）代入式（2-9）得

(r/min)空載轉(zhuǎn)速為

(r/min)69方波電動機4．轉(zhuǎn)速29普通無刷直流電動機普通永磁材料勵磁氣隙磁場近似為正弦波電勢近似為正弦波設(shè)計中近似處理—僅考慮基波70普通無刷直流電動機普通永磁材料勵磁3071317232稀土永磁無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型由于方波電動機的氣隙磁場、反電勢以及電流都是非正弦的，因此采用直、交軸坐標變換已不是有效的分析方法直接利用電動機原有的相變量，即在三相定子坐標系（A，B，C）軸系下建立電機的數(shù)學(xué)模型比較方便，又可獲得較準確的結(jié)果。73稀土永磁無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型由于方波電動機的氣隙磁場、反稀土永磁無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型

以