第三章稀土永磁无刷直流电动机.docx

1、第三章稀土永磁无刷直流电动机无刷直流电动机的发展无刷直流电动机的优点稀土永磁无刷直流电动机的优越性无刷直流电动机的构成无刷直流电动机的系统图稀土永磁无刷直流电动机结构电机理论稀土永磁材料 电力电子器件 专用集成电路 计算机新型控制理论可靠性高维护方便结构简单特性好散热容易转速不受机械换向限制噪声小稀土永磁无刷直流电动机的优越性体积小、重量轻转动惯量小、动态特性好气隙大、力矩脉动小方波电机设计、方波驱动抗去磁能力强磁路设计简化无刷直流电动机的构成框图输岀 无刷直流电动机系统总体框图无刷直流电动机的系统图稀土永磁无刷直流电动机工作原理示意图MetrmVV.AA(G()X图(a),电流流通路径：电源

2、正极VIA相B相V6- 一电源负极 图(b),电流流通路径：电源正极VIA相C相V2- 一电源负极 从(a)到(b)的60电角范围:转子磁场连续转动定子合成磁场不动稀土永磁无刷直流电动机工作原理定子合成磁场为跳跃式旋转磁场，每个步进角是60 电角转子每转过60 电角，逆变器开关管换流一次电机有6个磁状态，每一磁状态均为两相导通 120 导通型逆变器：每相流过电流的时间相当于转子转电角每个开关管的导通角为120 两相导通屋形三相六状态时绕组和开关管导通顺序表稀土永磁无刷直流电动机结构示意图图34稀土永磁无刷直流电动机结构示意圏!转轴;2 前端盖? 3螺钉;4调整垫片$5轴承汴一定子组件IS稀土永

3、磁转子结构型式稀土永磁无刷直流电动机转子结构(a)瓦形永磁体径向磁化矩形永磁体切向磁化；环形永磁徉径向磁化.1紧圈2稀土永磁体孑3诙心M转轴。稀土永磁无刷直流电动机的逆变器两种主电路形式:桥式非桥式最常用的主电路三相星形六状态三相星形三状态Gi)十。l*彳权*弋*rryA IrF I/ + *彳权仆平(/)转子位置传感器作用：检测转子磁极相对于定子绕组轴线的位置 常用的形式:磁敏式电磁式光电式接近开关式第二节基本公式方波电动机普通无刷直流电动机数学模型方波电动机稀土永磁径向激磁27方波电动机图梯形液反电蛰与方彼电流 集中整距绕组q=l二相导通星形三相六 状态磁场宽度120电势平顶宽120。1.

4、电枢绕组感应电势单根导体在气隙磁场中感应电势为 = BsLv （V） （3-1）式中B&为气隙磁感应强度；L为导体的有效长度；v为导体相对于磁场的线速度：ttD - nv =n - 2pv （m/s） （3-2）60 60 （丿其中n为电机转速（/min）D为电枢内径；T为极距；p为极对数。设电枢绕组每相串联匝数为则每相绕组的感应电势为Ee = 2W (V) (3-3)将式(3-2)代入式(31)得 $ = BsaL(Wb)式中匕为计算极弧系数则有e = 2p8-6也(V)(3-5)(3-6)方波气隙磁感应强度对应的每极磁通为1.电枢绕组感应电势将式(36)代入式(33)得每相绕组感应电势E

5、= -Wsn (V) Q-7)1込则线电势，即电枢感应电势为E = 2E(p = = Ce)m1 込 (V) (3-8)式中g = 为电势常数15ai2电枢电流 在每个导通时间内有以下电压平衡方程式U-2AU = E + 2Lra式中 U为电源电压；为开关管的饱和管压降;I。为每相绕组电流； 兀为每相绕组电阻。由上式得la =U - 2AU - E(A)(3-10)3.电磁转矩在任一时刻，电机的电磁转矩由两相绕组的合成磁场 与转子永磁场相互作用而产生，则几”二 2E la 二 Ela (N.m) (3-11)em Q _ Q2加2式中 =莎为电机的角速度3.电磁转矩2e_w0評乙(3-12)T

6、em =區纭=eg (N.m)6Q式中Ct = W为转矩常数7vai4.转速将式(2-8)代入式(2-9)得U n =空载转速为-2AU - 2LraC4f/-2AUCe5t/-2AUz /2p 115ckU2zUpW/I)5o(r/min)(r/min)普通无刷直流电动机普通永磁材料励磁气隙磁场近似为正弦波电势近似为正弦波设计中近似处理一仅考虑基波表3 2稀土永磁方波电动机与普通无刷直流电动机公式对照表物理量方波电动机普通无刷苴流电动机星形相状态相电势福值Em平均电枢电流人V平均电磁转矩:Tv空载转速刊器W風咯7Tj心少他We型fl。,。7辔血-沖歸星形相三状态相电势幅值a 1045 刘匕i

7、lKwgn平均电枢电流Av平均电磁转矩Tav空载转速oTCAj/ &)X 480.304 表33稀土永磁方波电动机与普通无刷直流电动机波形对照表稀土永磁无刷直流电动机的数学模型 由于方波电动机的气隙磁场、反电势以及电流都是非 正弦的，因此采用直、交轴坐标变换已不是有效的分 析方法直接利用电动机原有的相变量，即在三相定子坐标系 (A, B, C)轴系下建立电机的数学模型比较方便， 又可获得较准确的结果。稀土永磁无刷直流电动机的数学模型 以两相导通星形三相六状态为例，假设：1定子三相完全对称；2忽略齿槽效应，绕组均匀分布于光滑定子的表面内；3忽略磁路饱和，不计涡流和磁滞损耗；4不考虑电枢反应，气隙

8、磁场分布近似为矩形波，平顶宽度为120。 电角度；5转子上没有阻尼绕组，永磁体不起阻尼作用。稀土永磁无刷直流电动机的数学模型r00_ la LaUb=0r0h+MbaUc一00r_lc la5P+eblcecMacMg定子电压方程式中u小小定子相绕组电压(V)；気订& 定子相绕组电流(A)； ，匂,乞一定了相绕组电动势(V)；H 定子各相绕组的自感(H)； Mah,MMMMca.Mcb 定子每两相绕组间的互感(H)； P微分算子p = d!dt稀土永磁无刷直流电动机的数学模型上 _因电机三相绕组完全对称，所以La = Lb = LcM, =M =M. =M, =M =M fab ac ba be ca cb令 L = La M=Mah则定子电压方程简化为：r00_LMM-5Ub0r0+MLMPh+ebyc_00rbe JMML lcec(3-19)j.三相方波电流和三相梯形波反电势稀土永磁无刷直流电动机的数学模型当三相绕组为星形连接，且没有中线，则有L + 心 + . = 并且“诂 + Mic = -Mia代人式(319)，得电压方程为:r00_L-M0Ub=0r0ib+0L-MU-00rLzcJ00JI 电磁转矩为式中转子角速度方波驱动电机的等效电路图LM r LM图3 70方波电动机的等效电路图