第三章稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)

第三章稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)第一頁，共三十九頁，2022年，8月28日第一節(jié)概述無刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展無刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性無刷直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成無刷直流電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)圖稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)第二頁，共三十九頁，2022年，8月28日無刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展電機(jī)理論稀土永磁材料電力電子器件專用集成電路計(jì)算機(jī)新型控制理論第三頁，共三十九頁，2022年，8月28日無刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)可靠性高維護(hù)方便結(jié)構(gòu)簡單特性好散熱容易轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向限制噪聲小第四頁，共三十九頁，2022年，8月28日稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性體積小、重量輕轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)特性好氣隙大、力矩脈動(dòng)小方波電機(jī)設(shè)計(jì)、方波驅(qū)動(dòng)抗去磁能力強(qiáng)磁路設(shè)計(jì)簡化第五頁，共三十九頁，2022年，8月28日無刷直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成框圖

第六頁，共三十九頁，2022年，8月28日無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)總體框圖

功率主電路驅(qū)動(dòng)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給定第七頁，共三十九頁，2022年，8月28日無刷直流電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)圖第八頁，共三十九頁，2022年，8月28日稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖第九頁，共三十九頁，2022年，8月28日第十頁，共三十九頁，2022年，8月28日圖（a），電流流通路徑：電源正極---V1---A相---B相---V6---電源負(fù)極圖（b），電流流通路徑：電源正極---V1---A相---C相---V2---電源負(fù)極從（a）到（b）的60°電角范圍：轉(zhuǎn)子磁場連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)定子合成磁場不動(dòng)第十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理定子合成磁場為跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場，每個(gè)步進(jìn)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(jī)有6個(gè)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(shí)間相當(dāng)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)電角每個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通角為120°第十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日第十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖第十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)第十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)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)第十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日

第十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日轉(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)式第十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日第二節(jié)基本公式方波電動(dòng)機(jī)普通無刷直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型第十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日方波電動(dòng)機(jī)稀土永磁徑向激磁第二十頁，共三十九頁，2022年，8月28日方波電動(dòng)機(jī)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°第二十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日1．

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(jī)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(qiáng)度；L為導(dǎo)體的有效長度；第二十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日方波氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度對應(yīng)的每極磁通為(Wb)(3-5)式中為計(jì)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)第二十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日方波電動(dòng)機(jī)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)第二十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日方波電動(dòng)機(jī)2.電樞電流在每個(gè)導(dǎo)通時(shí)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)第二十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日方波電動(dòng)機(jī)3.電磁轉(zhuǎn)矩在任一時(shí)刻，電機(jī)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(jī)的角速度第二十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日方波電動(dòng)機(jī)3.電磁轉(zhuǎn)矩(N.m)(3-12)

式中為轉(zhuǎn)矩常數(shù)第二十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日方波電動(dòng)機(jī)4．轉(zhuǎn)速將式（2-8）代入式（2-9）得(r/min)空載轉(zhuǎn)速為(r/min)第二十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日普通無刷直流電動(dòng)機(jī)普通永磁材料勵(lì)磁氣隙磁場近似為正弦波電勢近似為正弦波設(shè)計(jì)中近似處理—僅考慮基波第二十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日第三十頁，共三十九頁，2022年，8月28日第三十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型由于方波電動(dòng)機(jī)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(biāo)變換已不是有效的分析方法直接利用電動(dòng)機(jī)原有的相變量，即在三相定子坐標(biāo)系（A，B，C）軸系下建立電機(jī)的數(shù)學(xué)模型比較方便，又可獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果。

第三十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)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(jì)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。第三十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)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－微分算子第三十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型因電機(jī)三相繞組完全對稱，所以令

則定子電壓方程簡化為：

（3-19）第三十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日三相方波電流和三相梯形波反電勢