無刷直流電機(jī)

無刷直流電動(dòng)機(jī)課程：控制電機(jī)2013.05.08一、問題的提出直流電動(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。近年發(fā)展起來的無刷直流電動(dòng)機(jī)就是為了克服換向器和電刷的滑動(dòng)接觸而發(fā)展起來的新型直流電動(dòng)機(jī)。有刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)圖1.1無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)1.1.1基本組成無刷直流電機(jī)構(gòu)成框圖

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是借助于轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開關(guān)線路來實(shí)現(xiàn)的，所以，無刷直流電動(dòng)機(jī)一般都是由電動(dòng)機(jī)、位置傳感器、控制器和電子開關(guān)線路四部分組成。無刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

(a)結(jié)構(gòu)示意圖

(b)定轉(zhuǎn)子實(shí)際結(jié)構(gòu)

1.電動(dòng)機(jī)本體

表面式磁極

嵌入式磁極

環(huán)形磁極

內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式

實(shí)際電機(jī)

結(jié)構(gòu)示意圖

外轉(zhuǎn)子無刷直流電動(dòng)機(jī)

2.逆變器b)四相半橋主電路

a)三相半橋主電路1)非橋式（半橋式）——半控型2.逆變器2)橋式——全控型c)星形聯(lián)結(jié)三相橋式主電路2.逆變器d)三角形聯(lián)結(jié)三相橋式主電路

2)橋式——全控型2.逆變器2)橋式——全控型e)正交兩相全控型主電路2.逆變器2)橋式——全控型f)封閉形聯(lián)結(jié)四相橋式主電路主電路選擇原則繞組利用率：三相繞組優(yōu)于四相、五相繞組轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)：相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越小電路成本：相數(shù)越多，電路成本越高星形聯(lián)接三相橋式主電路應(yīng)用最多3.位置檢測(cè)器位置檢測(cè)器有位置傳感器檢測(cè)無位置傳感器檢測(cè)磁敏式光電式電磁式接近開關(guān)式反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)續(xù)流二極管工作狀態(tài)檢測(cè)定子三次諧波檢測(cè)瞬時(shí)電壓方程法轉(zhuǎn)子位置傳感器(1)磁敏式位置傳感器—霍爾元件1、三個(gè)霍爾元件在空間依次相差120o電角度2、傳感器磁極與轉(zhuǎn)子磁極同軸旋轉(zhuǎn)、極數(shù)相等、極性相對(duì)應(yīng)外形 電路原理 開關(guān)特性霍爾集成電路(2)電磁式位置傳感器高頻勵(lì)磁輸入輸出繞組轉(zhuǎn)子磁心定子磁心(3)光電式位置傳感器遮光盤4.控制器控制器模擬控制系統(tǒng)

數(shù)字控制系統(tǒng)

分立元件加少量集成電路構(gòu)成的模擬控制系統(tǒng)

基于專用集成電路的控制系統(tǒng)

數(shù)模混合控制系統(tǒng)

全數(shù)字控制系統(tǒng)

控制器是無刷直流電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心

永磁無刷直流電機(jī)系統(tǒng)圖1.1.2基本工作原理

V1V6導(dǎo)通 V1V2導(dǎo)通轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過60o，逆變器開關(guān)管換流一次、定子磁狀態(tài)改變一次，電機(jī)有6個(gè)磁狀態(tài)，三相各導(dǎo)通120o?！獌上鄬?dǎo)通三相六狀態(tài)三相六狀態(tài)繞組與開關(guān)管導(dǎo)通順序表1.機(jī)械特性機(jī)械特性曲線調(diào)節(jié)特性曲線1.1.3、無刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性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)是永磁無刷直流電機(jī)不可缺少的組成部分。1.1.4、控制方法單片機(jī)控制永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)原理圖

1.速度控制通過脈寬調(diào)制（PWM）方法改變電壓大小實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。2.正、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。無刷電機(jī)：原理相同，但因功率管的單向?qū)щ娦?，不能靠?jiǎn)單地改變電源電壓極性使電機(jī)反轉(zhuǎn)，而是通過改變繞組的通電順序來改變電機(jī)轉(zhuǎn)向。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)針方向旋轉(zhuǎn) (b)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，Wa,Wb,Wc輸出信號(hào)；逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，W’a,W’b,W’c輸出信號(hào)。

正反轉(zhuǎn)控制邏輯圖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1H1H1H2H2H2H3H3H3H二相導(dǎo)通方式傳感器信號(hào)與功率管開關(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101V1V2101V4V5100V2V3001V3V4110V3V4011V2V3010V4V5010V1V2011V5V6110V6V1001V6V1100V5V62.無位置傳感器控制

無位置傳感器控制是指無機(jī)械式位