永磁无刷直流电机(电机控制)PPT文档格式.ppt

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u通过电力电子式逆变器电力电子式逆变器完成直流到交流的转换；

u通过转子位置传感器转子位置传感器检测转子位置，完成换向片与电刷的作用，以决定换流时刻；

u考虑到实现的方便性，定、转子位置颠倒，组成反装式直流反装式直流电动机电动机。

永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院定子磁极，采用定子磁极，采用集中绕组集中绕组转子磁极转子磁极转子位转子位置检测置检测驱动电路，逆驱动电路，逆变器组成变器组成电子电子开关开关机电一体化产品机电一体化产品无刷直流电动机原理无刷直流电动机原理电机本体电机本体电机本体电机本体转子位置检测转子位置检测电子开关电子开关永磁无刷直流电动机的原理框图永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院定子绕组采用整距、集中绕组永磁体粘接至转子表面，呈隐极式结构电动机本体永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院（a）永磁转子结构型式（a）表面贴装式；

（b）内嵌式.1磁钢；

2铁心（b）逆变器结构星形三相三状态星形三相六状态永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院星形四相四状态封闭三相六状态正交两相四状态封闭四相四状态永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院转子位置传感器

（1）磁敏式位置传感器霍尔元件永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院外形电路原理开关特性霍尔集成电路永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院

（2）电磁式位置传感器永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院高频励磁输入输出绕组转子磁心定子磁心永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院（3）光电式位置传感器遮光盘一相导通星形三相三状态1）H1受光，V1导通，A相流过电流，产生磁势Fa。

电流路径：

电源正极A相绕组V1管电源负极。

2）电机顺时针转过120度后，H1被遮光，H2受光，V1关断，V2导通，B相绕组通入电流，产生磁势Fb。

3）再转过120度，C相导通。

永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院A相通电相通电B相通电相通电C相通电相通电A相通电相通电上述过程可以看成按一定顺序换相通上述过程可以看成按一定顺序换相通电的过程，或者磁场旋转的过程，定电的过程，或者磁场旋转的过程，定子各相绕组在气隙中所形成的旋转磁子各相绕组在气隙中所形成的旋转磁场是跳跃运动的，一周内有三种状态，场是跳跃运动的，一周内有三种状态，每种磁场状态持续每种磁场状态持续120，他们跟踪转，他们跟踪转子并与转子的磁场相互作用，产生驱子并与转子的磁场相互作用，产生驱使转子旋转的电磁转矩。

使转子旋转的电磁转矩。

15030转子每转过120度，功率管换流一次，定子磁场状态就改变一次，电机有三个磁状态。

每个功率管导通120度（1/3周期）。

磁场为跳跃式步进磁场。

因此，所产生的电磁转矩为脉动转矩。

减小转矩脉动的方法是增加一周内的磁状态数，如二相导通六状态。

永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院A相通电相通电B相通电相通电C相通电相通电A相通电相通电15030二相导通星形六状态永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院每隔60换流一次;

任何瞬时有两只开关器件同时导通；

每个开关器件导通120永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院由此绘出一个周期内定子三相绕组在不同时刻三相电流所产生的定子合成磁势与转子永磁磁势之间的关系如图所示。

r在一个周期内三相定子绕组在空间共产生六个定子合成磁势；

r转子每转过电角度，定子绕组则换流一次，相应的定子合成磁势就跳变一次。

每个定子合成磁势在时间上持续1/6周期（电角度）；

r在这六个连续跳变的定子合成磁势作用下，转子永磁磁势随转子旋转；

r尽管定子合成磁势是跳变的，但其平均转速却与转子转速保持同尽管定子合成磁势是跳变的，但其平均转速却与转子转速保持同步，亦即在平均意义上步，亦即在平均意义上与与相对静止相对静止。

从而保证了有效电磁转矩的产生，而且转子转速为同步速。

r电枢磁势在与转子磁极轴线垂直的电枢磁势在与转子磁极轴线垂直的电角度范围内变化，亦即电角度范围内变化，亦即使两者之间的夹角在使两者之间的夹角在范围内变化。

范围内变化。

这样，这样，无论是在开关无论是在开关器件导通过程中还是在换流瞬间，器件导通过程中还是在换流瞬间，与与之间的夹角在平均意义之间的夹角在平均意义上接近上接近，亦即在平均意义上互相垂直。

，亦即在平均意义上互相垂直。

结论：

永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院三相六状态绕组与开关管导通顺序表120导通型导通型永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院永磁无刷直流电动机逆变器的各种控制方式u“导通型”（两两导通控制方式）；

u“导通型”（三三导通控制方式）；

u“导通型”（两三轮流导通控制方式）；

A.三三导通控制方式（又称为导通型）开关规律：

开关规律：

每隔每隔换流一次；

换流一次；

任何瞬时有三只开关器件同时导通；

每个开关器件导通每个开关器件导通。

永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院相应的定子合成磁势的空间矢量为：

图10.20无刷直流电动机的定子合成磁势（导通型）永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院B.两三导通控制方式（又称为导通型）u每隔每隔换流一次；

u任何瞬时有三只开关器件同时导通，然后变为两只开关器任何瞬时有三只开关器件同时导通，然后变为两只开关器件同时导通，再变回三只开关器件同时导通，件同时导通，再变回三只开关器件同时导通，；

u每个开关器件导通每个开关器件导通150150。

即：

永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院图10.21无刷直流电动机的定子合成磁势（导通型）相应的定子合成磁势的空间矢量为：

相应的定子合成磁势的空间矢量为：

永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院永磁无刷直流电动机的调速永磁无刷直流电动机的调速改变逆变器直流侧的输入电压实现调压,并利用来自位置传感器的转子信息控制逆变器的频率，调节转子转速；

保持逆变器直流侧输入电压不变，利用来自转子位置传感器的转子信息和PWM斩波控制同时调节逆变器的频率和电压，调节转子转速。

永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院采用采用PWM电压和电流控制方式电压和电流控制方式永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院单片机控制永磁无刷直流电动机原理图2.正、反转控制有刷电机：

改变励磁磁场的极性或电枢电压的极性。

无刷电机：

原理相同，但因功率管的单向导电性，不能靠简单地改变电源电压极性使电机反转，而是通过改变绕组的通电顺序来改变电机转向。

永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院二相导通方式传感器信号与功率管开关导通逻辑关系二相导通方式传感器信号与功率管开关导通逻辑关系正转反转H1H2H3导通管H1H2H3导通管101V1V2101V4V5100V2V3001V3V4110V3V4011V2V3010V4V5010V1V2011V5V6110V6V1001V6V1100V5V6永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机深圳大学轨道交通学院深圳大学轨道交通学院2.无位置传感器控制无位置传感器控制无位置传感器控制是指无机械式位置传感器，即不在无刷直流电动机的定子上直接安装位置传感器来检测转子位置,而是通过一个检测电路，从硬件和软件两方面来间接获取转子位置信号。

检测得到转子位置信号以后的控制方法，与有位置感器控制方法相同。

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由三相逆变器提供定子绕组的三相对称电流产生旋转磁场,拖动永磁转子