永磁電機(jī)永磁無刷直流電機(jī)

關(guān)于永磁電機(jī)永磁無刷直流電機(jī)第1頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)PMBLDCM

permanentmagetbrushlessDCmotor第2頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)PMBLDCM

permanentmagetbrushlessDCmotor1.概述永磁有刷直流電機(jī)與傳統(tǒng)他勵(lì)直流電機(jī)特性類似永磁無刷直流電機(jī)用電子換向器取代機(jī)械換向器永磁體勵(lì)磁不可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、起動(dòng)性能和調(diào)速性能優(yōu)功率密度高，體積小，廣泛用于傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電一體化第3頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)1.電機(jī)結(jié)構(gòu)第4頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)2.轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)第5頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)2.轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)第6頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、位置傳感器及換相電路組成定子采用疊片結(jié)構(gòu)并在槽內(nèi)鋪設(shè)繞組的方式定子繞組多采用三相并以星形方式連接第7頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)3.工作原理—系統(tǒng)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(cè)電路主控電路串行LED顯示電路BLDCM給定第8頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)3.工作原理第9頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三3.工作原理第三講永磁無刷直流電機(jī)第10頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三3.工作原理--6步通電順序三相繞組通電遵循如下規(guī)則：一個(gè)繞組流入電流，

一個(gè)繞組流出電流，

一個(gè)繞組不導(dǎo)通；通電順序如下：

1.A+B-2.C+B-3.C+A-4.B+A-5.B+C-6.A+C-第三講永磁無刷直流電機(jī)第11頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三3.工作原理第三講永磁無刷直流電機(jī)第12頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三3.工作原理--6步通電順序第三講永磁無刷直流電機(jī)1.A+B-2.C+B-3.C+A-4.B+A-5.B+C-6.A+C-

每步磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)60度，每6步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周；每步僅一個(gè)繞組被換相。第13頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三3.工作原理--6步通電順序第三講永磁無刷直流電機(jī)隨著磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)，吸引轉(zhuǎn)子磁極隨之旋轉(zhuǎn)。磁場(chǎng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)：1→2→3→4→5→6磁場(chǎng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)：6→5→4→3→2→11.A+B-2.C+B-3.C+A-4.B+A-5.B+C-6.A+C-第14頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三3.工作原理第三講永磁無刷直流電機(jī)第15頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三3.工作原理第三講永磁無刷直流電機(jī)第16頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三3.工作原理第三講永磁無刷直流電機(jī)第17頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)4.逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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18頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)5.位置傳感器--霍爾傳感器第19頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)5.位置傳感器--霍爾傳感器霍爾元件+信號(hào)處理電路=霍爾傳感器利用霍爾效應(yīng)，當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到“動(dòng)作點(diǎn)”時(shí)，OC門輸出低電壓，稱這種狀態(tài)為“開”;當(dāng)施加磁場(chǎng)達(dá)到“釋放點(diǎn)”使OC門輸出高電壓，稱其為“關(guān)”基于這個(gè)原理，可制成接近開關(guān)。第20頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)5.位置傳感器--霍爾傳感器如果將一只霍爾傳感器安裝在靠近轉(zhuǎn)子的位置，當(dāng)N極逐漸靠近霍爾傳感器即磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，其輸出是導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)N極逐漸離開霍爾傳感器、磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸減小時(shí)，其輸出仍然保持導(dǎo)通狀態(tài)；只有磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)镾極并達(dá)到一定值時(shí)，其輸出才翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)。在S-N交替變化磁場(chǎng)下，傳感器輸出波形占高、低電平各占50%。如果轉(zhuǎn)子是一對(duì)極，則電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周霍爾傳感器輸出一個(gè)周期的電壓波形，如果轉(zhuǎn)子是兩對(duì)極，則輸出兩個(gè)周期的電壓波形。第21頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)5.位置傳感器--霍爾傳感器直流無刷電機(jī)中一般安裝3個(gè)霍爾傳感器，間隔120度或60度按圓周分布。如果間隔120度，則3個(gè)霍爾傳感器的輸出波形相差120度電角度；輸出信號(hào)中高、低電平各占180度電角度。如果規(guī)定輸出信號(hào)高電平為“1”，低電平為“0”，則輸出的三個(gè)信號(hào)可用3位二進(jìn)制編碼表示。第22頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)5.位置傳感器--霍爾傳感器如果間隔60度，則輸出波形相差60度電角度。間隔120度與60度的二進(jìn)制編碼是不同的。100000001011111110100000001011111110第23頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)5.位置傳感器光電傳感器第24頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)5.位置傳感器電磁式位置傳感器第25頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)6.永磁無刷電機(jī)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算第26頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)6.永磁無刷電機(jī)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算第27頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)6.永磁無刷電機(jī)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算第28頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)6.永磁無刷電機(jī)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算第29頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)6.永磁無刷電機(jī)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算第30頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)6.永磁無刷電機(jī)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算第31頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)6.永磁無刷電機(jī)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算第32頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)7.永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)主要波形第33頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)8.電機(jī)的暫態(tài)數(shù)學(xué)模型由于稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)、反電勢(shì)以及電流是非正弦的，因此不能采用直、交鈾坐標(biāo)變換的分析方法。通常，直接利用電動(dòng)機(jī)本身的相變量來建立數(shù)學(xué)模型。第34頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)8.電機(jī)的暫態(tài)數(shù)學(xué)模型假設(shè)不計(jì)磁路飽和，不計(jì)渦流和磁滯，三相對(duì)稱，則其電壓方程為：定子相電壓定子相電流相感應(yīng)電勢(shì)相繞組自感兩相繞組互感微分算子第35頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)8.電機(jī)的暫態(tài)數(shù)學(xué)模型上述模型中，電流為三相對(duì)稱方波、電勢(shì)為梯形波.對(duì)于表面式電機(jī)，轉(zhuǎn)子磁阻不隨轉(zhuǎn)子位置變化，因此自感和互感為常數(shù)第36頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)8.電機(jī)的暫態(tài)數(shù)學(xué)模型當(dāng)三相繞組Y接，且沒有中線，則：第37頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)8.電機(jī)的暫態(tài)數(shù)學(xué)模型第38頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)8.電機(jī)的暫態(tài)數(shù)學(xué)模型根據(jù)電壓方程可以建立等效電路模型：第39頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)8.電機(jī)的暫態(tài)數(shù)學(xué)模型根據(jù)電壓方程還常寫成狀態(tài)方程的形式：第40頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)9.永磁無刷電機(jī)的電樞反應(yīng)A、B相通電時(shí)產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)Fa轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)Fm在60度范圍內(nèi)不換相Fa分解為d、q軸磁場(chǎng)當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在B方向時(shí)去磁最大當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在X方向時(shí)助磁最大當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在BX中間位置時(shí)無去助磁因此在一個(gè)60度的磁狀態(tài)內(nèi)，電樞磁場(chǎng)從最大去磁逐漸減小到30度處的不去磁不助磁，然后逐漸增大到最大助磁狀態(tài)后，換相、進(jìn)入新的一個(gè)磁狀態(tài)第41頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)9.永磁無刷電機(jī)的電樞反應(yīng)助磁或去磁的最大值：q軸電樞反應(yīng)使得主磁場(chǎng)波形畸變：對(duì)于徑向充磁的轉(zhuǎn)子，由于q軸磁阻大，q軸磁場(chǎng)引起的畸變較小對(duì)于切向充磁的轉(zhuǎn)子，由于q軸磁阻小，q軸磁場(chǎng)引起的畸變較大，使得永磁體前極尖助磁，后極尖去磁第42頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)10.永磁無刷電機(jī)的運(yùn)行特性由于無刷永磁直流電機(jī)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算與直流機(jī)類似，所以其運(yùn)行特性也與直流機(jī)類似10.1機(jī)械特性：第43頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)當(dāng)轉(zhuǎn)子采用徑向式結(jié)構(gòu)，電機(jī)電感較小，電阻作用較大，電機(jī)具有硬的機(jī)械特性。1當(dāng)轉(zhuǎn)子采用切向式結(jié)構(gòu)，電機(jī)電感較大，機(jī)械特性較軟。3一般介于兩者之間210.1機(jī)械特性：有刷直流電動(dòng)機(jī)參與換向的繞組元件相對(duì)較少，只考慮電阻的影響，忽略電感的作用。無刷直流電動(dòng)機(jī)．參與換向的繞組為一相繞組，而不是單個(gè)線圈，電感較大。當(dāng)稀土木磁無刷直流電動(dòng)機(jī)采用不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)時(shí)，電感和電阻對(duì)機(jī)械特性的影響并不相同：第44頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)10.1機(jī)械特性：不同供電電壓下，徑向式結(jié)構(gòu)的水磁無刷電機(jī)的機(jī)械持性曲線簇下彎是由于電流大、管壓降增大第45頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)10.2調(diào)節(jié)特性10.2工作特性

從機(jī)械待性和調(diào)節(jié)持性可以看出，稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)具有和一般有刷直流電動(dòng)機(jī)一樣好的控制性能，可以通過改變電源電壓實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。第46頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是無刷電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)的一項(xiàng)十分重要的性能指標(biāo)，通常高性能伺服系統(tǒng)的低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)應(yīng)小于3%。造成轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的原因有：電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)齒槽引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)電樞反應(yīng)影響機(jī)械工藝引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第47頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是由于定子電流和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。它與氣隙磁密的分布和電流的波形以及繞組的形式有直接的關(guān)系，為了便于分析，假定：

(1)忽略齒槽、換向過程和電樞反應(yīng)等影響；

(2)電樞繞組在定子內(nèi)表面均勻連續(xù)分布；

(3)電機(jī)為三相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)工作，氣隙磁場(chǎng)方波。由于電機(jī)在每一個(gè)磁狀態(tài)(60度電角度)內(nèi)的電磁作用是相同的，故以下僅分析一個(gè)磁狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩變化情況。第48頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)方波寬：120-180度方波磁場(chǎng)軸線方波磁場(chǎng)軸線變化范圍一個(gè)磁狀態(tài)60度第49頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)當(dāng)a=90度時(shí)氣隙磁場(chǎng)軸線與通電繞組A、C空間軸線重合，定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)正交，產(chǎn)生最大電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)a=60或120度時(shí)氣隙磁場(chǎng)，A、C相合成磁場(chǎng)，對(duì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)產(chǎn)生最大直軸去磁或增磁電樞反應(yīng)、此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩為最小值。第50頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第51頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第52頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第53頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第54頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第55頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第56頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第57頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第58頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第59頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)反應(yīng)了電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)與方波磁密寬度的關(guān)系，隨寬度增加，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)單調(diào)下降。當(dāng)寬度=120時(shí)，轉(zhuǎn)短脈動(dòng)最大，達(dá)到30％；當(dāng)寬度=180時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)為零第60頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第61頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第62頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.2電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

無刷直流電動(dòng)機(jī)每經(jīng)過一個(gè)磁狀態(tài)，定子繞組中的電流就要進(jìn)行一次換向。每一次換向，電機(jī)中的電流從一相轉(zhuǎn)移到另一相，并對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生一定影響。這種相電流換向也是引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的主要原因之一。下面分析兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)方波無刷直流電動(dòng)機(jī)的換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)機(jī)理。從AC到BC換相第63頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.2電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

用動(dòng)態(tài)方程來分析換相過程對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響：

忽略電阻影響，設(shè)定：第64頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.2電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)用動(dòng)態(tài)方程來分析換相過程對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響：對(duì)于回路1：回路1第65頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.2電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

用動(dòng)態(tài)方程來分析換相過程對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響：回路2第66頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.2電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

用動(dòng)態(tài)方程來分析換相過程對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響：第67頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.2電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第68頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.2電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)A（0，I）B（0，0）第69頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.2電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第70頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.2電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第71頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.2電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第72頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.2電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)C相反向通電，ec為負(fù)值第73頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三（3-69）第三講永磁無刷直流電機(jī)11.2電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第74頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.2電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第75頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.2電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第76頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.2電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第77頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.3齒槽效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第78頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.4電樞反應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第79頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.5機(jī)械加工和工藝引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)第80頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.6無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)規(guī)律示例：一般波形第81頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.6無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)規(guī)律示例：槽口極弧系數(shù)第82頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.6無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)規(guī)律示例：槽口極弧系數(shù)第83頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.6無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)規(guī)律示例：換相角的影響第84頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)11.6無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)規(guī)律示例：電流初值影響第85頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三無刷直流電機(jī)的電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)具有以下特點(diǎn)：（1）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為三相對(duì)稱的梯形波，其波頂寬為120度（2）電流為三相對(duì)稱的方波；（3）梯形波反電勢(shì)與方波電流在相位上嚴(yán)格同步。86HALL狀態(tài)與PWM、三相反電勢(shì)和三相

相電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系第86頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三87無刷直流電機(jī)的換流模式（1）pwm-on型調(diào)制方式（2）on-pwm型調(diào)制方式第87頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三88無刷直流電機(jī)的換流模式（3）H_on-L_pwm型調(diào)制方式（4）H_pwm-L_on型調(diào)制方式第88頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三89無刷直流電機(jī)的換流模式（5）L_pwm-H_pwm型調(diào)制方式（6）on-on型調(diào)制方式第89頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三90無刷直流電機(jī)的仿真結(jié)果（1）pwm-on型調(diào)制方式（2）on-pwm型調(diào)制方式第90頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三91無刷直流電機(jī)的換流模式（3）H_on-L_pwm型調(diào)制方式（4）H_pwm-L_on型調(diào)制方式第91頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三92無刷直流電機(jī)的換流模式（5）H_pwm-L_pwm型調(diào)制方式調(diào)制方式轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)結(jié)果上橋下橋pwm-on20％20％on-pwm30％30％H_pwm-L_on18.5％37.5％H_on-L_pwm33.8％15.4％H_pwm-L_pwm42.4%42.4%第92頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三93無刷直流電機(jī)的換流模式（1）采用pwm-on方式時(shí)，下橋換相和上橋換相的換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相等，且最??；非換向相電流脈動(dòng)也是最小的；（2）采用on-pwm方式時(shí)，下橋和上橋換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相等且比pwm-on方式大，非換向相電流脈動(dòng)也比pwm-on方式時(shí)大。（3）采用H_pwm-L_on方式時(shí)，下橋換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和非換向相電流脈動(dòng)大且與on-pwm方式時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流脈動(dòng)相等，上橋換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和非換向相電流脈動(dòng)小且與pwm-on方式時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流脈動(dòng)相等。（4）采用H_on-L_pwm方式時(shí)，下橋換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和非換向相電流脈動(dòng)小且與pwm-on方式時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流脈動(dòng)相等，上橋換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和非換向相電流脈動(dòng)大且與on-pwm方式時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流脈動(dòng)相等。（5）采用H_pwm-L_pwm方式時(shí)，換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最大且非換向相電流脈動(dòng)也最大。第93頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三94無刷直流電機(jī)的相電流分析第94頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三95無刷直流電機(jī)的相電流分析第95頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三96無刷直流電機(jī)的相電流分析第96頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三97無刷直流電機(jī)的相電流分析第97頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三98無刷直流電機(jī)的相電流分析第98頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三99無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)電流閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)第99頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三100無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)依據(jù)轉(zhuǎn)速控制弱磁角度轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)依據(jù)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制弱磁角度第100頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三101無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)第101頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三102無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)第102頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三103無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)第103頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三104無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)HALL狀態(tài)101100110010011001導(dǎo)通功率管第104頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三105無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)第105頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三106無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)第106頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三107無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)

第107頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)12永磁無刷電機(jī)的控制器—開關(guān)主電路

對(duì)于單相交流電源供電、電機(jī)采用三相電摳繞組時(shí)，其典型開關(guān)主電路通常由整流電路、濾波電路、緩沖電路和逆變電路構(gòu)成：第108頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)12永磁無刷電機(jī)的控制器—開關(guān)主電路第109頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)12永磁無刷電機(jī)的控制器—驅(qū)動(dòng)器第110頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)12永磁無刷電機(jī)的控制器—驅(qū)動(dòng)器第111頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)12永磁無刷電機(jī)的控制器—驅(qū)動(dòng)器IR公司推出的IR21xx系列集成芯片是MOS、IGBT功率器件專用柵極驅(qū)動(dòng)芯片，通過自舉電路工作原理，使其既能驅(qū)動(dòng)橋式電路中低壓側(cè)的功率器件，又能驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)的功率元件，因而在電機(jī)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、UPS電源等方面得到廣泛應(yīng)用。這些器件集成了特有的負(fù)電壓免疫電路，提高了系統(tǒng)耐用性和可靠性，有些器件不僅有過流、過溫檢測(cè)輸入等功能，還具有欠壓鎖定保護(hù)、集成死區(qū)時(shí)間保護(hù)、擊穿保護(hù)、關(guān)斷輸入、錯(cuò)誤診斷輸出等功能。第112頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)12永磁無刷電機(jī)的控制器—驅(qū)動(dòng)器第113頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)12永磁無刷電機(jī)的控制器—驅(qū)動(dòng)器第114頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)12永磁無刷電機(jī)的控制器—驅(qū)動(dòng)器IR2130是600V以下高壓集成驅(qū)動(dòng)器件，它具有六路輸入信號(hào)和六路輸出信號(hào)，且只需一個(gè)供電電源即可驅(qū)動(dòng)三相橋式逆變電路的6個(gè)功率開關(guān)器件，一片IR2130可替代3片IR2110,使整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路更加簡(jiǎn)單可靠。

IR2130芯片具有以下一些特點(diǎn)：（1）可直接驅(qū)動(dòng)高達(dá)600V電壓的高壓系統(tǒng)，輸出端具有dV/dt抑制功能;（2）最大正向峰值驅(qū)動(dòng)電流為250mA，反向峰值驅(qū)動(dòng)電流為500mA;（3）具有電流放大和過電流保護(hù)功能，同時(shí)關(guān)斷六路輸出;（4）自動(dòng)產(chǎn)生成上、下側(cè)驅(qū)動(dòng)所必需的死區(qū)時(shí)間（2.5μs）;（5）具有欠壓鎖定功能并能及時(shí)關(guān)斷六路輸出;（6）2.5V邏輯信號(hào)輸入兼容。第115頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)12永磁無刷電機(jī)的控制器—驅(qū)動(dòng)器C1自舉電容，為上橋臂功率管驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)能量，開關(guān)頻率大于5kHz時(shí),容值應(yīng)不小于0.1U,選低漏電流的瓷片電容;D1為自舉三極管，其作用是防止上橋臂導(dǎo)通時(shí)的直流電壓母線電壓加到IR2130的電源上而使器件損壞，因此D1應(yīng)有足夠的反向耐壓，為了滿足主電路功率管開關(guān)頻率的要求，D1還應(yīng)選超快速恢復(fù)型三極管。R1和R2是IGBT的柵極限流電阻,一般可采用十幾到幾十歐。對(duì)IGBT的動(dòng)態(tài)特性將產(chǎn)生極大的影響，不同電流容量的IGBT器件的柵極限流電阻有不同的取值,功率越大的管子?xùn)艠O電阻應(yīng)越小。第116頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)12永磁無刷電機(jī)的控制器—控制電路

控制電路是無刷直流電動(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，它主要完成以下功能：

(1)對(duì)轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號(hào)、PWM調(diào)制信號(hào)、正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、停車信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合．以給驅(qū)動(dòng)電路提供各開關(guān)管的斬波信號(hào)和選通信號(hào)．實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及停車控制。

(2)產(chǎn)生PWM調(diào)制信號(hào)，使電機(jī)的電壓隨給定速度信號(hào)而自動(dòng)變化，實(shí)現(xiàn)電機(jī)開環(huán)調(diào)速。

(3)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)有較好的動(dòng)態(tài)相靜態(tài)性能。

(4)實(shí)現(xiàn)短路、過流相欠壓等故障保護(hù)功能等。第117頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)12永磁無刷電機(jī)的控制器—控制電路

控制電路的形式多種多樣，歸納起來主要有以下幾種型式：

1.分立元件全模擬電路

2.專用集成控制電路

3.數(shù)模混合控制電路；

4.全數(shù)字控制電路。

分立元件全模擬控制電路在以往的無刷直流電動(dòng)機(jī)中大量應(yīng)用，由于模擬電路中不可避免地存在參數(shù)飄移和不一致問題，以及線路復(fù)雜、調(diào)試不便等因素，因而使電機(jī)的可靠性相性能受到影響。隨著無刷直流電動(dòng)機(jī)性能要求越來越高，其控制器由以硬件模擬電子器件，轉(zhuǎn)向數(shù)字電路、微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，實(shí)現(xiàn)半數(shù)字化的數(shù)?；旌峡刂齐娐泛腿珨?shù)字化的控制電路?？刂埔?guī)律由硬件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向以軟件實(shí)現(xiàn)。對(duì)于高性能的稀土水磁無刷直流伺服系統(tǒng),由于微機(jī)和DSP的應(yīng)用，在控制上由通常所采用的PI(比例積分)或PID(比例積分微分)控制規(guī)律，開始轉(zhuǎn)向應(yīng)用現(xiàn)代控制理論，同時(shí)引進(jìn)模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制理論，發(fā)展智能化的稀土水磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法和故障診斷。第118頁，講稿共136頁，2023年5月2日，星期三第三講永磁無刷直流電機(jī)課外習(xí)題：1.分析三相永磁無刷電機(jī)主電路全橋控制和半橋控制的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)2.論述永磁無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成及其功能，并舉例說明3.論述永磁無刷電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的內(nèi)在原因第119頁