无刷直流电机简介课件

式中,ua、ub、uc ——三相绕组的端电压(V ) ia、ib、ic ——三相绕组的相电流(A ) ea、eb、ec ——三相绕组的反电势(V ) un ——中性点电压(V ) L ——相绕组自感( H ) M ——每两相绕组间的互感( H ) p ——微分算子,p =d/dt
由于三相绕组为星接，有：
ia ib ic 0 可得Mib Mic Mia
代入电压方程化简可得：
图六 无刷直流电机的等效电路
u a R00iaL M 0 0 iae a 1 u b 0R0 ib 0 L M 0 p ib e b u n 1 u c 00R ic 0 0 L M ic e c 1
A相、B相、C相绕组分别与功率 管(VT1 ,VT4 )(VT3 ,VT6 ),(VT5 ,VT2 )相接,磁极位置传感器跟踪转子与电动 机转轴相连接，通过逆变器功率管按 一定的规律导通关断,使电机定子电枢 产生按60°角度不断前进的磁势,带动 电机转子旋转实现的。
原本两个磁势向量当其夹角为 90°时,相互作用力最大，但是由于电 子电枢产生的磁势是以60°角度前进, 因此在每种触发模式下,转子磁势与定 子磁势的夹角在120°～60°之间变 化才能产生最大的平均电磁转矩。
E p (B lv )N N am pm
其中 a 为主磁通， m 为转速，N为总导体数。
幅值已知后可以代入求解每相的瞬时感应电动势为：
e a fa (r)pm (p N /6 0 ) m
其中 m 为主磁通， 为角速度，p为电机极对数，N为总导体数。
对于bc两相的情况与a相完全相同，只不过三相反电动势之间相差120度的空间 角度。
无刷直流电机简介
主要内容：
1.无刷直流电机的结构组成 2.无刷直流电机的工作原理 3.无刷直流电机的数学模型 4.转矩波动的成因&抑制Biblioteka 1.无刷直流电机的结构组成
（1）结构框图&控制系统示意图
图一 结构框图
图二 三相无刷直流电机控制系统
（2）各个单元结构的性能与作用
无刷直流电动机的电机本体：永磁同步电动机; 主要特征：气隙磁场波形与电枢电流波形为方波；
位置检测器：有位置传感器检测和无位置传感器检测；常见的有位置传感器是霍 尔开关式位置传感器；目前比较成熟的无转子位置传感器控制方法主要有反电动 势过零检测法和定子三次谐波检测法等。
逆变器：逆变器主电路有桥式和非桥式两种，而电枢绕组既可以接成星形也可以 接成角形，因此电枢绕组与逆变器主电路的连接可以有多种不同的组合；无刷直 流电动机最常见的工作方式是星形两相导通三相六状态。
由上方程可以得到无刷直流电机的等效电路，图五所示。再由电路可以得到中性 点电压的表达式为：
un1 3[uaubuc](eaebec)
（2）反电动势方程
在无刷直流电机中，反电动势被认为是梯行波（实际中应该并没有梯行波的 尖角，而是以圆角过渡），这是由于感应电势是磁链的导数，而磁链为连续函数， 所以不应该出现尖角。假设Ep为梯形波的峰值，可计算Ep为：
图三 工作原理示意图
如图所示三相全控电路方式，相
比于半控有着突出的优点，故应用于 大多数控制场合。
三相全控方式又分为两两导通与
三三导通。两两导通方式每个瞬间导 通两个开关管，每60度换相一次，每 次换相一个开关管，每个开关管导通 120度；三三导通方式每个瞬间导通三 个开关管，每60度换相一次，每个开 关管导通180度。
图四 三相全控示意图
图五 反电动势、电流波形
3.无刷直流电机的数学模型
由于BLDCM 的气隙磁场、反电势以及电流波形是非 正弦的,因此采用直、交轴坐标变化不是很有效的分析方 法。直接利用电机本身的相变量来建立数学模型。假设：
三相绕组完全对称； 磁路不饱和； 不计涡流和磁滞损耗； 忽略齿槽效应。 则可以建立相应的BLDCM的数学模型。
控制器主要功能：
(1) 对转子位置检测器输出的信号,PWM调制信号,正反转和停车信号进行 逻辑综合,为驱动电路提供各开关管的斩波信号和选通信号,实现电机的正 反转及停车控制；
(2) 产生PWM调制信号,使电机的电压随给定速度信号而自动变化,实现电 机开环调速；
(3) 对电机进行速度闭环调节和电流闭环调节,使系统具有较好的动态和 静态性能；
理想的反电动势应为标准梯 行波，平顶宽度为120度。但是 由于感应电势为连续函数—磁链 的导函数，所以实际中反电动势 波形为圆角的梯行波。
图七 理想反电动势波形
（3）电磁功率与电磁转矩方程
电磁功率Pe为：
P eeaiaebibecic
电磁转矩Te为：
Te Pe /
运动方程为：
Te
TL
假设建立方程对象为：两极、三相；定子Y接法，集中整 距绕组；转子采用隐极内转子结构（气隙均匀）；磁感应 开关器件空间120度对称放置。
（1）电压方程
ua R0 0ia L MM ia ea 1 ub 0 R0 ib ML M p ib eb un 1 uc 0 0 R ic MML ic ec 1
(4) 实现短路,过流,过电压和欠电压等故障保护功能。 注意：5种PWM调制方式 PWM_ON ON_PWM H_ON_L_PWM H_PWM_L_ON H_PWM_L_PWM 不同调制方式的会对换向转矩造成不同的影响。综合考虑（1）（2）最 常用，（3）（4）次之，（5）最不常用。
2.无刷直流电机工作原理

J
d dt
4.转矩波动的成因&抑制
（1）换相转矩波动
换相转矩波动成因主要有两个；
第一：换相期间电流波动引起 假设反电动势为理想的梯形波（平顶宽度为120度），而且换相期间反