無刷直流電機運行原理與基本控制方法

1、1,主 要 內(nèi) 容,一、幾個術語解釋（極對數(shù)、相數(shù)、電角度、電角頻率、相電壓、線電壓、反電動勢） 二、無刷直流電機的運行原理 （運行原理、數(shù)學模型） 三、無刷直流電機的基本控制方法 （各參數(shù)相互關系、換流過程與換流模式） 四、車用無刷直流電機及其控制系統(tǒng) （基本控制、弱磁控制）,2,幾個術語解釋,極對數(shù)（ ）：電機轉(zhuǎn)子中N-S極的對數(shù)，2，3，4， 相數(shù)（ ）：電機繞組個數(shù)，3，6，12， 電角度（ ）/機械角度（ ）： 電角頻率（ ）/機械角頻率（ ）： 電角頻率與電機轉(zhuǎn)速（ ）： 極（2p）槽（Z）配合：Z/2p 相電壓：電機相繞組對電機中性點電壓 線電壓：電機兩相繞組之間電壓 反電動勢：

2、電機到拖時某一轉(zhuǎn)速下對應電機線電壓峰值,3,幾個術語解釋,4,無刷直流電機的組成,無刷直流電機組成部分：電機本體、位置傳感器、電子開關線路； 電機本體在結構上與永磁同步電動機相似； 電子開關線路由功率邏輯開關單元和位置傳感器信號處理單元兩部分組成； 電子開關線路導通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，起機械換向器的換向作用。,5,120度導通時轉(zhuǎn)子位置與電流換相關系,a) 0度（換相前） b) 0度（換相后） c) 60度（換相前） d) 60度（換相后） e) 120度（換相前） f) 120度（換相后）,6,HALL狀態(tài)與PWM、三相反電勢和三相相電流的對應關系,無刷直流電機的電流和感應電動勢具有以下

3、特點： （1）感應電動勢為三相對稱的梯形波，其波頂寬為 （2）電流為三相對稱的方波； （3）梯形波反電勢與方波電流在相位上嚴格同步。,7,無刷直流電機的數(shù)學模型,采用理想化的直流無刷電機用狀態(tài)方程表示的數(shù)學模型，電流為理想的方波，反電勢為理想的梯形波，并作如下假設： （1）不計磁路飽和； （2）電機渦流損耗和磁滯損耗； （3）忽略定子電流的電樞反應； （4）定子繞組采用Y形接法。,無刷直流電機的等效電路,8,無刷直流電機的數(shù)學模型,9,無刷直流電機的數(shù)學模型,在任何時刻，定子上只有兩相同時導通，且導通相的定子電流幅值保持不變：,稱為轉(zhuǎn)矩系數(shù),10,無刷直流電機的電路模型,逆變器永磁無刷電機系統(tǒng)

4、示意圖,為直流電源（V）；,為中間直流回路支撐（濾波）電容（F）；,為6個功率開關管；,為6個續(xù)流二極管；,采用120的兩兩導通方式，對 分別在各自120導通時間內(nèi)根據(jù)不同的調(diào)制方式進行PWM調(diào)制。,11,無刷直流電機的相電流分析,12,無刷直流電機的換相電流,13,無刷直流電機的反電動勢,14,無刷直流電機的換流模式,（1） pwm-on型調(diào)制方式 （2）on-pwm型調(diào)制方式,15,無刷直流電機的換流模式,（3）H_on-L_pwm型調(diào)制方式 （4）H_pwm-L_on型調(diào)制方式,16,無刷直流電機的換流模式,（5）L_pwm-H_pwm型調(diào)制方式 （6）on-on型調(diào)制方式,17,無刷直

5、流電機的仿真結果,（1）pwm-on型調(diào)制方式 （2）on-pwm型調(diào)制方式,18,無刷直流電機的換流模式,（3）H_on-L_pwm型調(diào)制方式 （4）H_pwm-L_on型調(diào)制方式,19,無刷直流電機的換流模式,（5）L_on-H_pwm型調(diào)制方式,20,無刷直流電機的換流模式,（1）采用pwm-on方式時，下橋換相和上橋換相的換相轉(zhuǎn)矩脈動相等，且最??；非換向相電流脈動也是最小的； （2）采用on-pwm方式時，下橋和上橋換相轉(zhuǎn)矩脈動相等且比pwm-on方式大，非換向相電流脈動也比pwm-on方式時大。 （3）采用H_pwm-L_on方式時，下橋換相轉(zhuǎn)矩脈動和非換向相電流脈動大且與on-pw

6、m方式時的轉(zhuǎn)矩脈動和電流脈動相等，上橋換相轉(zhuǎn)矩脈動和非換向相電流脈動小且與pwm-on方式時的轉(zhuǎn)矩脈動和電流脈動相等。 （4）采用H_on-L_pwm方式時，下橋換相轉(zhuǎn)矩脈動和非換向相電流脈動小且與pwm-on方式時的轉(zhuǎn)矩脈動和電流脈動相等，上橋換相轉(zhuǎn)矩脈動和非換向相電流脈動大且與on-pwm方式時的轉(zhuǎn)矩脈動和電流脈動相等。 （5）采用H_pwm-L_pwm方式時，換相轉(zhuǎn)矩脈動最大且非換向相電流脈動也最大。,21,無刷直流電機的電路模型,22,單側調(diào)制下橋臂換向過程分析,T1、T2同時導通,T1關斷、T2導通,23,單側調(diào)制上橋臂換向過程分析,T2、T3同時導通,T3關斷、T2導通,24,雙側

7、調(diào)制下橋臂換向過程分析,T1、T2同時導通,T1、T2同時關斷,25,雙側調(diào)制上橋臂換向過程分析,T2、T3同時導通,T2、T3同時關斷,26,功率管開通，轉(zhuǎn)矩脈動相同； 功率管關斷，單側調(diào)制轉(zhuǎn)矩脈動大于雙側調(diào)制轉(zhuǎn)矩脈動； 單側調(diào)制存在相見續(xù)流現(xiàn)象，換相時間長； 雙側調(diào)制引入直流母線電壓到續(xù)流回路，產(chǎn)生反電壓，換相時間短； 單側調(diào)制較雙側調(diào)制損耗小。,不同調(diào)制方式的轉(zhuǎn)矩脈動對比分析,27,無刷直流電機的相電流分析,28,無刷直流電機的相電流分析,29,無刷直流電機的相電流分析,30,無刷直流電機的相電流分析,31,無刷直流電機的制動控制,升壓斬波器原理,32,無刷直流電機的制動控制,33,無刷

8、直流電機的制動控制,T4開通時電流流向 T4關斷時的電流流向,34,無刷直流電機的制動控制,T6開通時電流流向 T6關斷時的電流流向,35,無刷直流電機的制動控制,36,無刷直流電機的制動控制,T3、T4關斷時電流流向 T4、T5導通時的電流流向,37,無刷直流電機的制動控制,T4、T5關斷時電流流向（iB0）T4、T5關斷時的電流流向（iB=0）,38,無刷直流電機的制動控制,T3、T4關斷時電流流向 T4、T5導通時的電流流向,39,無刷直流電機的制動相電流分析,40,無刷直流電機的控制系統(tǒng),電流閉環(huán)控制結構,轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制結構,41,無刷直流電機的控制系統(tǒng),轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制結構 依據(jù)轉(zhuǎn)速控制弱磁角度,轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制結構 依