chap07永磁無刷直流電機42059課件

永磁無刷直流電機7.永磁無刷直流電機一、問題的提出直流電動機雖然具有優(yōu)良的調速和起動特性，但由于存在電刷和換向器，需要經常性維護，并且會產生火花和電磁干擾，限制了它的應用范圍。近年發(fā)展起來的無刷直流電動機就是為了克服換向器和電刷的滑動接觸而發(fā)展起來的新型直流電動機。7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院磁極靜止，電樞旋轉f=IBla，這個力形成電磁轉矩根據(jù)左手定則，線圈在這個轉矩作用下將按逆時針方向旋轉當載流導體轉過180度后，借助電刷-換向片改變導體中電流方向7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院二、無刷直流電動機的工作原理傳統(tǒng)直流電動機的工作原理7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院直流電動機的不足電刷的磨損與維護；機械式換向火花，限制了應用場合；難以實現(xiàn)高速運行；解決措施：要點總結

電刷和換向器起到了與轉子位置有關的機械式逆變器作用；定子側的直流勵磁磁勢和轉子電樞磁勢兩者相對靜止且相互垂直；通過電力電子式逆變器完成直流到交流的轉換；通過轉子位置傳感器檢測轉子位置，完成換向片與電刷的作用，以決定換流時刻；考慮到實現(xiàn)的方便性，定、轉子位置顛倒，組成反裝式直流電動機。7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院定子磁極，采用集中繞組轉子磁極轉子位置檢測驅動電路，逆變器組成電子開關機電一體化產品無刷直流電動機原理電機本體電機本體轉子位置檢測電子開關永磁無刷直流電動機的原理框圖7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院定子繞組采用整距、集中繞組永磁體粘接至轉子表面，呈隱極式結構逆變器結構星形三相三狀態(tài)星形三相六狀態(tài)7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院星形四相四狀態(tài)封閉三相六狀態(tài)正交兩相四狀態(tài) 封閉四相四狀態(tài)7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院轉子位置傳感器(1)磁敏式位置傳感器—霍爾元件7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院(2)電磁式位置傳感器7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院高頻勵磁輸入輸出繞組轉子磁心定子磁心7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院(3)光電式位置傳感器遮光盤一相導通星形三相三狀態(tài)1）H1受光，V1導通，A相流過電流，產生磁勢Fa。電流路徑：電源正極—A相繞組—V1管—電源負極。2）電機順時針轉過120度后，H1被遮光，H2受光，V1關斷，V2導通，B相繞組通入電流，產生磁勢Fb。3）再轉過120度，C相導通。7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院轉子每轉過120度，功率管換流一次，定子磁場狀態(tài)就改變一次，電機有三個磁狀態(tài)。每個功率管導通120度（1/3周期）。磁場為跳躍式步進磁場。因此，所產生的電磁轉矩為脈動轉矩。減小轉矩脈動的方法是增加一周內的磁狀態(tài)數(shù)，如二相導通六狀態(tài)。7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院A相通電B相通電C相通電A相通電150°30°二相導通星形六狀態(tài)7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院每隔60°換流一次;

任何瞬時有兩只開關器件同時導通；每個開關器件導通

120°

7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院

由此繪出一個周期內定子三相繞組在不同時刻三相電流所產生的定子合成磁勢與轉子永磁磁勢之間的關系如圖所示。在一個周期內三相定子繞組在空間共產生六個定子合成磁勢；轉子每轉過電角度，定子繞組則換流一次，相應的定子合成磁勢就跳變一次。每個定子合成磁勢在時間上持續(xù)1/6周期（電角度）；在這六個連續(xù)跳變的定子合成磁勢作用下，轉子永磁磁勢隨轉子旋轉；盡管定子合成磁勢是跳變的，但其平均轉速卻與轉子轉速保持同步，亦即在平均意義上與相對靜止。從而保證了有效電磁轉矩的產生，而且轉子轉速為同步速。電樞磁勢在與轉子磁極軸線垂直的電角度范圍內變化，亦即使兩者之間的夾角在~范圍內變化。

這樣，無論是在開關器件導通過程中還是在換流瞬間，與之間的夾角在平均意義上接近，亦即在平均意義上互相垂直。結論：7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院三相六狀態(tài)繞組與開關管導通順序表120°導通型7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院相應的定子合成磁勢的空間矢量為：圖10.20無刷直流電動機的定子合成磁勢(導通型)7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院B.兩三導通控制方式(又稱為導通型)每隔換流一次；任何瞬時有三只開關器件同時導通，然后變?yōu)閮芍婚_關器件同時導通，再變回三只開關器件同時導通，……；

每個開關器件導通150°。

開關規(guī)律：即：7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院圖10.21無刷直流電動機的定子合成磁勢(導通型)相應的定子合成磁勢的空間矢量為：7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院永磁無刷直流電動機的調速改變逆變器直流側的輸入電壓實現(xiàn)調壓,并利用來自位置傳感器的轉子信息控制逆變器的頻率，調節(jié)轉子轉速；保持逆變器直流側輸入電壓不變，利用來自轉子位置傳感器的轉子信息和PWM斬波控制同時調節(jié)逆變器的頻率和電壓，調節(jié)轉子轉速。7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院采用PWM電壓和電流控制方式7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院單片機控制永磁無刷直流電動機原理圖

2.正、反轉控制有刷電機：改變勵磁磁場的極性或電樞電壓的極性。無刷電機：原理相同，但因功率管的單向導電性，不能靠簡單地改變電源電壓極性使電機反轉，而是通過改變繞組的通電順序來改變電機轉向。7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院二相導通方式傳感器信號與功率管開關導通邏輯關系正轉反轉H1H2H3導通管H1H2H3導通管101V1V2101V4V5100V2V3001V3V4110V3V4011V2V3010V4V5010V1V2011V5V6110V6V1001V6V1100V5V67.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院2.無位置傳感器控制

無位置傳感器控制是指無機械式位置傳感器，即不在無刷直流電動機的定子上直接安裝位置傳感器來檢測轉子位置,而是通過一個檢測電路，從硬件和軟件兩方面來間接獲取轉子位置信號。檢測得到轉子位置信號以后的控制方法，與有位置感器控制方法相同。7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院無刷電機專用驅動電路MC330357.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院無刷電機專用驅動電路MC330357.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院無刷電機專用驅動電路TDA1621LM621的原理框圖LM621的換相譯碼真值表7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院無刷電機專用驅動電路TDA16217.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院無位置傳感器無刷電機專用驅動芯片TDA5142T7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院永磁無刷直流電動機調速系統(tǒng)的組成無刷直流電動機采用PWM反饋控制方式的閉環(huán)調速系統(tǒng)7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院永磁同步電動機的分類正弦波永磁同步電動機方波永磁同步電動機PMSMpermanentmagneticsynchronousmotorBLDCMbrushlessdirect-currentmotor7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院永磁同步電動機的優(yōu)缺點：功率密度高轉子的轉動慣量小運行效率高轉軸上無滑環(huán)和電刷

轉子勵磁無法靈活控制永磁體存在失磁現(xiàn)象轉子磁勢受環(huán)境溫度影響滯后定子功率因數(shù)7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院正弦波永磁同步電動機的結構定子三相繞組采用正弦繞組三相逆變器提供定子繞組的三相對稱電流產生旋轉磁場光電式編碼器或旋轉變壓器7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院定子三相繞組采用正弦繞組;由三相逆變器提供定子繞組的三相對稱電流產生旋轉磁場,拖動永磁轉子同步旋轉;定子繞組的通電頻率以及由此產生的旋轉磁場轉速取決于轉子的實際位置和轉速;轉子的實際位置和轉速由光電式編碼器或旋轉變壓器獲得;正弦波PMSM屬于自控式、無刷結構同步電動機7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院一種典型的正弦波永磁同步電動機調速系統(tǒng)框圖正弦波PMSM調速系統(tǒng)的組成7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院定子繞組采用整距、集中繞組；永磁體粘接至轉子表面，呈隱極式結構；永磁無刷直流電動機結構特點：圖10.16永磁無刷直流電動機的主磁場磁密波形圖7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院永磁無刷直流電動機定子繞組感應的相電勢和電流波形方波電流7.永磁無刷直流電機河南科技大學電信學院永磁同步電動機的發(fā)展前景更高的節(jié)能效果。永磁同步電動機采用永磁體勵磁，無需勵磁電流，所以可以顯著提高功率因數(shù)。定子電流小，轉子無銅耗。比一般的異步電動機效率提高2%~8%，尤其輕載運行節(jié)能效果顯著?？蓾M足某些工業(yè)需求大的啟動轉矩和最大轉矩倍數(shù)的要求。低速驅動的需求。為了提高控制精度，減少震動噪音，也為了大轉矩驅動要求，近年來對低速電動機的需求不斷增長，如：電梯拖動用永磁同步曳引機，轉矩提高十幾倍，取消了龐大的齒輪箱，通過曳引輪直接拖動轎廂，明顯減小了噪音和震動；又如：船用吊艙式電力推動器，將低速大轉矩永磁同步電動機置于船艙外的吊艙，無需原來的傳動系統(tǒng)，直接驅動螺旋槳。四門子公司吊艙式推進器中PMSM容量已達30000KW。高功率密度的要求。艦船、車輛受體積限制，要求電動機要有高功率密度、高轉矩密度。