永磁无刷直流电机 ppt课件
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chap07永磁无刷直流电机精选PPT课件
直流电动机的不足
解决措施：
电刷的磨损与维护； 机械式换向火花，限制了应用场合； 难以实现高速运行；
通过电力电子式逆变器完成直流到交流的转换； 通过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； 考虑到实现的方便性，定、转子位置颠倒，组成反装式直流
电动机。
河南科技大学电信学院
3）再转过120度，C相导通。
河南科技大学电信学院
15
A相通电
Ff
Ff
Fa
7.永磁无刷直流电机
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
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， 每种磁场状态持续120°，他们跟踪 转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。
河南科技大学电信学院
21
7.永磁无刷直流电机
(T6、T1) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T6 )
H3 转子位置传感器
(T6、T1) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T6 )
河南科技大学电信学院
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7.永磁无刷直流电机
(T6、T1) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T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。
河南科技大学电信学院
17
7.永磁无刷直流电机
➢二相导通星形六状态
V1
D1 V3
US
V4
V6
D4
D3 V5
《无刷直流电机》课件
维护与成本
无刷直流电机结构简单，维护成本较低，而交流电机结构复杂，维护 成本较高。
与永磁同步电机的比较
磁场结构
无刷直流电机采用电子换向，没有永磁同步电机的永磁体，因此 磁场结构不同。
调速性能
永磁同步电机具有较高的效率和转矩密度，但调速范围较窄；而无 刷直流电机调速范围广，适用于多种应用场景。
成本与维护
可靠性
总结词
无刷直流电机具有较高的可靠性，能够保证长期稳定运行。
详细描述
无刷直流电机采用电子换向技术，减少了机械磨损和故障，因此具有较高的可靠 性。此外，无刷直流电机还具有较长的使用寿命和较低的维护成本，这使得它在 需要高可靠性的应用中成为理想选择，如医疗器械、军事装备等领域。
04
无刷直流电机的驱动控制
无刷直流电机的成本和维护相对较低，而永磁同步电机由于使用了 永磁材料，成本较高，但具有更高的效率和性能。
感谢您的观看
THANKS
05
无刷直流电机的发展趋势 与挑战
技术发展趋势
1 2 3
高效能化
随着技术的进步，无刷直流电机在效率、功率密 度和可靠性方面不断提升，以满足更广泛的应用 需求。
智能化控制
通过引入先进的控制算法和传感器技术，实现无 刷直流电机的智能化控制，提高其性能和稳定性 。
集成化设计
将无刷直流电机与其他部件（如驱动器、传感器 等）集成在一起，简化系统结构，降低成本。
详细描述
无刷直流电机采用先进的电子换向技术，避免了传统直流电 机机械换向器的损耗，因此具有更高的效率和功率密度。这 使得无刷直流电机在需要高效率和高功率密度的应用中表现 出色，如电动工具、电动车等领域。
调速性能
总结词
无刷直流电机具有优良的调速性能，可满足不同应用需求。
无刷直流电机结构简单，维护成本较低，而交流电机结构复杂，维护 成本较高。
与永磁同步电机的比较
磁场结构
无刷直流电机采用电子换向，没有永磁同步电机的永磁体，因此 磁场结构不同。
调速性能
永磁同步电机具有较高的效率和转矩密度，但调速范围较窄；而无 刷直流电机调速范围广，适用于多种应用场景。
成本与维护
可靠性
总结词
无刷直流电机具有较高的可靠性，能够保证长期稳定运行。
详细描述
无刷直流电机采用电子换向技术，减少了机械磨损和故障，因此具有较高的可靠 性。此外，无刷直流电机还具有较长的使用寿命和较低的维护成本，这使得它在 需要高可靠性的应用中成为理想选择，如医疗器械、军事装备等领域。
04
无刷直流电机的驱动控制
无刷直流电机的成本和维护相对较低，而永磁同步电机由于使用了 永磁材料，成本较高，但具有更高的效率和性能。
感谢您的观看
THANKS
05
无刷直流电机的发展趋势 与挑战
技术发展趋势
1 2 3
高效能化
随着技术的进步，无刷直流电机在效率、功率密 度和可靠性方面不断提升，以满足更广泛的应用 需求。
智能化控制
通过引入先进的控制算法和传感器技术，实现无 刷直流电机的智能化控制，提高其性能和稳定性 。
集成化设计
将无刷直流电机与其他部件（如驱动器、传感器 等）集成在一起，简化系统结构，降低成本。
详细描述
无刷直流电机采用先进的电子换向技术，避免了传统直流电 机机械换向器的损耗，因此具有更高的效率和功率密度。这 使得无刷直流电机在需要高效率和高功率密度的应用中表现 出色，如电动工具、电动车等领域。
调速性能
总结词
无刷直流电机具有优良的调速性能，可满足不同应用需求。
无刷直流电机简介PPT课件
图十一 增加辅助齿槽示意图作用： 在一个转子旋转周期内， 齿槽数增多导致齿槽转矩的变化频率增加， 进而增大了谐波次数， 谐波次数增大导致谐波振幅变小， 最终消弱齿槽转矩。
第18页/共21页
方法三：无铁芯法
作用： 铁芯使用注塑结构，使气隙磁导率约等于铁 心磁导率，从根本上消除齿槽效应。
图十二 无铁芯法示意图
（2）机械转矩波动 机械转矩波动的主要成因是齿槽效应的存在，由于齿槽使得气隙磁场
分布不均，从而产生齿槽转矩。需从机械结构优化入手：
方法一：斜槽法
定子斜槽以及转 子导条斜安装法 示意图
图十 斜槽法示意图 作用： 通过减小电机的倾斜因数，使其小于1，达到减小 转矩波动的目的。
第17页/共21页
方法二：辅助齿槽法
第8页/共21页
（1）电压方程
ua R 0 0 ia L M M ia ea 1
ub
0
R
0
ib
M
L
M
p
ib
eb
un
1
uc 0 0 R ic M M L ic ec 1
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
说电流波形不可能是理想的方波，这时就会出现三种不同的情况。
第14页/共21页
已知： ib (ia ic ) ，换相期间三相反电动势幅值相等，且有： eA eC E, eB E
可以得出当A向C相过渡时，转矩大小为：
TAC
eAiA eBiB
永磁无刷直流电机(电机控制)课件
设备的驱动。
新能源
用于风力发电、太阳能 发电等新能源设备的驱
动和控制。
汽车电子
用于电动汽车、混合动 力汽车等车辆的驱动和
控制。
其他领域
如航空航天、医疗器械 、智能家居等需要高精
度控制的领域。
02
电机控制系统
控制系统概述
控制系统是永磁无刷直流电机的重要组成部分，用于实现电机的启动、调速、制 动等功能。
永磁无刷直流电机通过控制电流 的相位和幅值，实现电机的启动 、调速和制动等功能。
结构与特点
结构
永磁无刷直流电机由定子、转子和控 制器三部分组成。定子包括永磁体和 电枢绕组，转子为金属导体。
特点
具有高效、高可靠性、高控制精度、 长寿命等优点，适用于需要高精度控 制的应用场景。
应用领域
工业自动化
用于各种自动化生产线 、机器人、数控机床等
电磁干扰和噪声
无刷直流电机在运行过程中会产生电磁干 扰和噪声，对周围环境和人体健康造成一 定影响，需要采取措施进行抑制。
未来研究方向
高效能电机及其控制技术
研究新型的电机结构和控制策略，以 提高电机的能效和稳定性。
智能感知与故障诊断
利用传感器和智能算法，实现对电机 系统的实时感知和故障诊断，提高系 统的可靠性和安全性。
模糊控制算法
总结词
模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制算法，通过模糊化输入变量和模糊规则实现控 制输出。
详细描述
模糊控制算法将输入变量的精确值模糊化，转换为模糊集合，然后根据模糊规则进行逻 辑运算，得到输出变量的模糊集合。最后，对输出变量的模糊集合进行去模糊化，得到 精确的控制输出。模糊控制算法能够处理不确定性和非线性问题，适用于永磁无刷直流
新能源
用于风力发电、太阳能 发电等新能源设备的驱
动和控制。
汽车电子
用于电动汽车、混合动 力汽车等车辆的驱动和
控制。
其他领域
如航空航天、医疗器械 、智能家居等需要高精
度控制的领域。
02
电机控制系统
控制系统概述
控制系统是永磁无刷直流电机的重要组成部分，用于实现电机的启动、调速、制 动等功能。
永磁无刷直流电机通过控制电流 的相位和幅值，实现电机的启动 、调速和制动等功能。
结构与特点
结构
永磁无刷直流电机由定子、转子和控 制器三部分组成。定子包括永磁体和 电枢绕组，转子为金属导体。
特点
具有高效、高可靠性、高控制精度、 长寿命等优点，适用于需要高精度控 制的应用场景。
应用领域
工业自动化
用于各种自动化生产线 、机器人、数控机床等
电磁干扰和噪声
无刷直流电机在运行过程中会产生电磁干 扰和噪声，对周围环境和人体健康造成一 定影响，需要采取措施进行抑制。
未来研究方向
高效能电机及其控制技术
研究新型的电机结构和控制策略，以 提高电机的能效和稳定性。
智能感知与故障诊断
利用传感器和智能算法，实现对电机 系统的实时感知和故障诊断，提高系 统的可靠性和安全性。
模糊控制算法
总结词
模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制算法，通过模糊化输入变量和模糊规则实现控 制输出。
详细描述
模糊控制算法将输入变量的精确值模糊化，转换为模糊集合，然后根据模糊规则进行逻 辑运算，得到输出变量的模糊集合。最后，对输出变量的模糊集合进行去模糊化，得到 精确的控制输出。模糊控制算法能够处理不确定性和非线性问题，适用于永磁无刷直流
永磁无刷直流电机(电机控制)PPT课件
深圳大学轨道. 交通学院
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永磁无刷直流电机
(T6、T1) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T6 )
1200
60 0
深圳大学轨道. 交通学院
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永磁无刷直流电机
(T6、T1) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T6 )
6
永磁无刷直流电机
V1
D1 V3
D3 V5
U
V4
V6
V2
D4
D6
控制电路
直 流 电 源
电 子 开 关
D5
ia
Z
Ci c
D2 H1 H2
A
X 永磁
Y 电机
ib B
定子绕组采用 整距、集中绕 组
永磁体粘接至 转子表面，呈
H3
隐极式结构
转子位置传感器
输 出
电 动 机
位 置 传 感 器
永磁无刷直流电动机的原理框图
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，
每种磁场状态持续120°，他们跟踪转
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。
B相通电
F a'
C相通电
A相通电
Ff
Fa
F 30° f
150°
Fa
Fa
Ff
深圳大学轨道. 交通学院
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A相通电
Ff
Ff
Fa
永磁无刷直流电机
B相通电
➢ 根据左手定则，线圈 在这个转矩作用下将 按逆时针方向旋转
➢ 当载流导体转过180 度后，借助电刷-换 向片改变导体中电流 方向
永磁无刷直流电机简介课件
• 稀土钴：适合于对电机体积、重量和性能要求很高，工作环境温度高， 要求温度稳定性好，制造成本不是主要考虑因素的场合。
• 粘结永磁材料：适合批量大、磁极形状复杂、电机性能要求不高的场 合。 电气学院
转子设计
转子设计
损耗与效率
概述
电机损耗可分为下列5类： （1）定、转子铁心中的基本铁耗，它是由主磁场在铁心中发生变化时产生的。
6步通电顺序
A
4
1a
6 3
COM
c
b
B
2
C
5
• 三相绕组通电遵循如下规则：
每步三个绕组中一个绕组流入电流，一个绕组流出电流，一个 绕组不导通；
• 通电顺序如下：
1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C-
6步通电顺序
A
A
FA+C-
FA+B-
4
1a
6
3
FB+C-
由6只功率开关元件组成的三相
H形桥式逆变电路。
一、电枢绕组的反电势
单根电枢绕组在气隙磁场中的感应电势
e Blv
式中：B ——气隙磁感应强度；
l ——导体的有效长度； v ——转子相对于定子导体的线速度。
对于线速度v 有：
v D n 2 p n
60
60
式中：n ——电动机转速，单位为r/min； D ——电枢内径； p ——极对数；
• 如果将一只霍尔传感器安装在靠近转子的位置，当N极逐渐靠近 霍尔传感器即磁感应强度达到一定值时，其输出是导通状态；
• 当N极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时，其输出仍 然保持导通状态；只有磁场转变为S极并达到一定值时，其输出 才翻转为截止状态。
• 粘结永磁材料：适合批量大、磁极形状复杂、电机性能要求不高的场 合。 电气学院
转子设计
转子设计
损耗与效率
概述
电机损耗可分为下列5类： （1）定、转子铁心中的基本铁耗，它是由主磁场在铁心中发生变化时产生的。
6步通电顺序
A
4
1a
6 3
COM
c
b
B
2
C
5
• 三相绕组通电遵循如下规则：
每步三个绕组中一个绕组流入电流，一个绕组流出电流，一个 绕组不导通；
• 通电顺序如下：
1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C-
6步通电顺序
A
A
FA+C-
FA+B-
4
1a
6
3
FB+C-
由6只功率开关元件组成的三相
H形桥式逆变电路。
一、电枢绕组的反电势
单根电枢绕组在气隙磁场中的感应电势
e Blv
式中：B ——气隙磁感应强度；
l ——导体的有效长度； v ——转子相对于定子导体的线速度。
对于线速度v 有：
v D n 2 p n
60
60
式中：n ——电动机转速，单位为r/min； D ——电枢内径； p ——极对数；
• 如果将一只霍尔传感器安装在靠近转子的位置，当N极逐渐靠近 霍尔传感器即磁感应强度达到一定值时，其输出是导通状态；
• 当N极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时，其输出仍 然保持导通状态；只有磁场转变为S极并达到一定值时，其输出 才翻转为截止状态。
永磁直流无刷电动机-PPT精选文档21页
Hunan University
Hunan University
Hunan University
• 定子各相绕组在位置检测器的控制下， 依次馈电
• 产生的电枢磁场和转动的转子永磁磁场 在空间能保持将近垂直
• 转子在一周内有三种磁状态，电磁转矩 有很大的脉动
2. 三相桥式
Hunan University
Hunan University
5-1 永磁无刷直流电动机原理
Hunan University
一、基本组成
永磁电机本体、转子位置检测器和功率电子开关
Hunan University
Hunan University
逆变器用于给电动机定子各相绕组在一定的时刻通以一定时间长 短的直流电流，以便与转子永磁磁场相互作用产生持续不断的 恒定转矩，各个功率器件的触发由转子位置监测器检测到University
Hunan University
三三通电方式
Hunan University
三、运行特性
Hunan University
n(Us K eUT)KeRKTTa
与并励直流电动机机械特性 相似，调压调速式永磁直流 无刷电动机的主要调速方式 通过对直流电源的PWM调制 来实现
位置检测装置
Hunan University
• 电磁式位置传感器 • 磁敏式位置传感器 • 光电式位置传感器
Hunan University
磁敏式位置传感器
Hunan University
磁敏式位置传感器
Hunan University
光电式位置传感器
二、运行原理
1.三相半桥
Hunan University
Hunan University
永磁电机4-永磁无刷直流电机演示幻灯片
37
第三讲永磁无刷直流电机
8.电机的暂态数学模型
电磁功Pe率 (ea为 iaeb： ibecic)
转子运动方 Te 程 TL 为 Jdd： t
38
第三讲永磁无刷直流电机
8.电机的暂态数学模型
– 根据电压方程可以建立等效电路模型：
ua R0 0ia LM 0 0ia ea ub 0 R0 ib 0 LM 0 p ib eb uc 0 0 R ic 0 0 LM ic ec
– 当三相绕组Y接，且没有中线，则：
iaibic0,并且 M bi： M ciM a代 i 入模 : 型，有
ua R0 0ia LM 0 0ia ea ub 0 R0 ib 0 LM 0 p ib eb uc 0 0 R ic 0 0 LM ic ec
电磁转 T矩 1(eaia 为 ebib： ecic)
6.永磁无刷电机的稳态计算
29
第三讲永磁无刷直流电机
6.永磁无刷电机的稳态计算
30
第三讲永磁无刷直流电机
6.永磁无刷电机的稳态计算
31
第三讲永磁无刷直流电机
6.永磁无刷电机的稳态计算
32
第三讲永磁无刷直流电机
7.永磁无刷直流电动机主要波形
33
第三讲永磁无刷直流电机
8.电机的暂态数学模型
3.工作原理
12
第三讲永磁无刷直流电机
3.工作原理--6步通电顺序
A
A
FA+C-
FA+B-
41aLeabharlann 6 3FB+C-
FA+
FBFC-
FB-C+
COM
c
FB+
FC+
第三讲永磁无刷直流电机
8.电机的暂态数学模型
电磁功Pe率 (ea为 iaeb： ibecic)
转子运动方 Te 程 TL 为 Jdd： t
38
第三讲永磁无刷直流电机
8.电机的暂态数学模型
– 根据电压方程可以建立等效电路模型：
ua R0 0ia LM 0 0ia ea ub 0 R0 ib 0 LM 0 p ib eb uc 0 0 R ic 0 0 LM ic ec
– 当三相绕组Y接，且没有中线，则：
iaibic0,并且 M bi： M ciM a代 i 入模 : 型，有
ua R0 0ia LM 0 0ia ea ub 0 R0 ib 0 LM 0 p ib eb uc 0 0 R ic 0 0 LM ic ec
电磁转 T矩 1(eaia 为 ebib： ecic)
6.永磁无刷电机的稳态计算
29
第三讲永磁无刷直流电机
6.永磁无刷电机的稳态计算
30
第三讲永磁无刷直流电机
6.永磁无刷电机的稳态计算
31
第三讲永磁无刷直流电机
6.永磁无刷电机的稳态计算
32
第三讲永磁无刷直流电机
7.永磁无刷直流电动机主要波形
33
第三讲永磁无刷直流电机
8.电机的暂态数学模型
3.工作原理
12
第三讲永磁无刷直流电机
3.工作原理--6步通电顺序
A
A
FA+C-
FA+B-
41aLeabharlann 6 3FB+C-
FA+
FBFC-
FB-C+
COM
c
FB+
FC+
专题7直流无刷电机控制ppt课件
换向器：电枢绕组两端分别接在两个相互绝缘而和绕组同轴旋转的半圆形铜片——换向片上， 组成一个换向器。换向器上压着固定不动的炭质电刷。
电枢：铁心、电枢绕组和换向器所组成的旋转部分称为电枢。
有刷电机定子有两个磁极，小电机直接使用永磁体做励磁磁场，大功率电机用励磁线圈 产生的电磁铁。
使用三极管或者MOS管搭建的H桥驱动电路，可以实现有刷电机速度和方向控制。
电机按一定方向转动时，3个霍尔的输出会按照6步的规律变化，见图
结合之前介绍的BLDC六步控制，在每个霍尔信号都对应一个BLDC控制步，使得BLDC旋 转一个角度，这样可以制作下表：
特别注意，一般BLDC厂家都会给出一个霍尔传感器和绕组得电情况对应关系表，不一定跟上面 两个表都完全对应一致，但是原理分析都是一致的。
然后，MOS管驱动IC这里用到IR2110S。R2110芯片体积小(SOIC-16)，集成度高(可驱动同 一桥臂两路)，响应快( ton /tof = 120/94 n s )，偏值电压高(<600 V )，驱动能力强，内设
欠压封锁，而且易于调试，并设有外部保护封锁端口。尤其是上管驱动采用外部自举电 容上电，使得驱动电源路数目较其他IC驱动大大减小。对于BLDC驱动需要6个桥臂，需 要用到3片IR2110S来驱动，虽然如此也是仅需要一路10~20V电源，从而大大减小了控制 变压器的体积和电源数目,降低了产品成本,提高了系统的可靠性。 NMOS管的导通基本条件就是VGS大于一定的阈值电压VGS(th)，IRF540的VGS(th)是4V(最 大值)。我们为IR2110S设计的电源电压为15V，IR2110S的低端驱动，即驱动Q6的IRF540， 很容易就实现NMOS管驱动条件。对于高端驱动，即驱动Q5的IRF540，就需要“自举电 路”的支持，自举电路通俗点就是升压电路，电路中的D7二极管和C13电容用于自举电 路，简单来说在该电路中，自举电路的作用是使得IR2110S高端驱动，即IR2110S的第8引 脚HO输出信号可以满足大于VGS(th) 。
电枢：铁心、电枢绕组和换向器所组成的旋转部分称为电枢。
有刷电机定子有两个磁极，小电机直接使用永磁体做励磁磁场，大功率电机用励磁线圈 产生的电磁铁。
使用三极管或者MOS管搭建的H桥驱动电路，可以实现有刷电机速度和方向控制。
电机按一定方向转动时，3个霍尔的输出会按照6步的规律变化，见图
结合之前介绍的BLDC六步控制，在每个霍尔信号都对应一个BLDC控制步，使得BLDC旋 转一个角度，这样可以制作下表：
特别注意，一般BLDC厂家都会给出一个霍尔传感器和绕组得电情况对应关系表，不一定跟上面 两个表都完全对应一致，但是原理分析都是一致的。
然后，MOS管驱动IC这里用到IR2110S。R2110芯片体积小(SOIC-16)，集成度高(可驱动同 一桥臂两路)，响应快( ton /tof = 120/94 n s )，偏值电压高(<600 V )，驱动能力强，内设
欠压封锁，而且易于调试，并设有外部保护封锁端口。尤其是上管驱动采用外部自举电 容上电，使得驱动电源路数目较其他IC驱动大大减小。对于BLDC驱动需要6个桥臂，需 要用到3片IR2110S来驱动，虽然如此也是仅需要一路10~20V电源，从而大大减小了控制 变压器的体积和电源数目,降低了产品成本,提高了系统的可靠性。 NMOS管的导通基本条件就是VGS大于一定的阈值电压VGS(th)，IRF540的VGS(th)是4V(最 大值)。我们为IR2110S设计的电源电压为15V，IR2110S的低端驱动，即驱动Q6的IRF540， 很容易就实现NMOS管驱动条件。对于高端驱动，即驱动Q5的IRF540，就需要“自举电 路”的支持，自举电路通俗点就是升压电路，电路中的D7二极管和C13电容用于自举电 路，简单来说在该电路中，自举电路的作用是使得IR2110S高端驱动，即IR2110S的第8引 脚HO输出信号可以满足大于VGS(th) 。
稀土永磁无刷直流电动机PPT课件
图5－5 光电式位置传感元件结构 第11页/共38页
4. 其它的位置传感器
• 除了以上三种位置传感器外，还有正、余弦旋转 变压器和光电编码器等其他位置传感元件，但成 本高、体积大、线路复杂，较少采用。
• 由于位置检测器有机械安装、维护及运行可靠性 等问题，近期来出现了无位置检测器的运行控制 方式。它利用电机定子绕组反电势作为转子磁极 的位置信号。
机械特性
n
U 2U Ce
2ra CeCT 2
Tem (r
/
min)
特性曲线如图3－15
第31页/共38页
5-2 永磁无刷直流电动机的控制
第32页/共38页
• 永磁无刷直流电动机具有有刷直流电动机那样优良的调速性能，却没有 电刷和换向器，这主要是它用转子位置检测器替代了电刷，用电子换向 电路(逆变器)替代了机械式换向器之故。因此永磁无刷直流电机的电子 控制系统是这种电机不可缺少的必要组成部分，否则不能运行，这是有 别于其他调速电机之处。
(5-1)
式中 BM —— 气隙磁密基波幅值
θ —— 沿气隙圆周度量的空间角度
▪ 忽略电枢反应对气隙磁场B的 影BM响s，in由于永磁体导磁率低，这对面贴式转子
结构特别合适； ▪ 各相绕组结构对称，主电路各单元完全一致。
第25页/共38页
• 分析表明，当转子磁极轴线从某转相矩电枢特绕性组轴线转过 30度的位置时导通该相绕组，由于自此位置开始的
• 用于给电机定子各相绕控组制在器一(定功的率时电刻子通开以一关定) 时间长短的恒定直流电流，
以便与转子永磁磁场相互作用产生持续不断的恒定转矩。 • 一般采用 GTR、MOSFET，较大容量电机采用 IGBT或IPM模块。 • 功率电子开关可以是半桥式，但多为三相桥式结构，与三相直－交逆变器
4. 其它的位置传感器
• 除了以上三种位置传感器外，还有正、余弦旋转 变压器和光电编码器等其他位置传感元件，但成 本高、体积大、线路复杂，较少采用。
• 由于位置检测器有机械安装、维护及运行可靠性 等问题，近期来出现了无位置检测器的运行控制 方式。它利用电机定子绕组反电势作为转子磁极 的位置信号。
机械特性
n
U 2U Ce
2ra CeCT 2
Tem (r
/
min)
特性曲线如图3－15
第31页/共38页
5-2 永磁无刷直流电动机的控制
第32页/共38页
• 永磁无刷直流电动机具有有刷直流电动机那样优良的调速性能，却没有 电刷和换向器，这主要是它用转子位置检测器替代了电刷，用电子换向 电路(逆变器)替代了机械式换向器之故。因此永磁无刷直流电机的电子 控制系统是这种电机不可缺少的必要组成部分，否则不能运行，这是有 别于其他调速电机之处。
(5-1)
式中 BM —— 气隙磁密基波幅值
θ —— 沿气隙圆周度量的空间角度
▪ 忽略电枢反应对气隙磁场B的 影BM响s，in由于永磁体导磁率低，这对面贴式转子
结构特别合适； ▪ 各相绕组结构对称，主电路各单元完全一致。
第25页/共38页
• 分析表明，当转子磁极轴线从某转相矩电枢特绕性组轴线转过 30度的位置时导通该相绕组，由于自此位置开始的
• 用于给电机定子各相绕控组制在器一(定功的率时电刻子通开以一关定) 时间长短的恒定直流电流，
以便与转子永磁磁场相互作用产生持续不断的恒定转矩。 • 一般采用 GTR、MOSFET，较大容量电机采用 IGBT或IPM模块。 • 功率电子开关可以是半桥式，但多为三相桥式结构，与三相直－交逆变器
无刷直流电机与永磁同步电机的运行控制比较精品PPT课件
t
0 60 120 180 240 300 360 420 0 60 120 180 240 300 360 420
A'
A'
C
BC
BC
r
B' A
s a) A'
C r
r
C'
B'
C'
B'
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A'
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BC
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B'
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B'
A d) 60o
A
120o
e)
A'
B r
C' A 60o c) A'
B
r
C'
A
120o
f)
a) 0度（换相前） b) 0度（换相后） c) 60度（换相前） d) 60度（换相后） e) 120度（换相前） f) 120度（换相后）
（2）on-pwm型调制方式 （3）H_on-L_pwm型调制方式
T1
t T1
t
T4
t T4
t
T3
t T3
t
T6
t T6
t
T5
t T5
t
T2
t T2
t
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t T4
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t T3
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t T6
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T5
t T5
无刷直流电机PPT课件
• 无刷直流电动机为了去掉电刷，将电枢放到定子 上去，而转子制成永磁体，这样的结构正好和普 通直流电动机相反。
• 电动机的定子绕组（电枢）多做成三相对称星形 接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转 子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子 的位置，在电动机内装有位置传感器。
2021
3
无刷直流电动机的定子
2021
11
无刷直流电动机的工作过程
• 三相通电顺序
2021
12
无刷直流电动机的工作过程
• 从以上过程可以看出，电机运行中，首先监测转子位置， 转子每转过120°，功率管换流一次，定子磁场状态改变一 次，改变3次为一个周期，期间，每个功率管导通1/3周期， 形成跳跃式步进旋转磁场，并在转子上产生脉动式转矩。 此工作模式为三相三状态。
• 然而，即使这样改变还不够，因为定子上的电枢通过直流 电后，只能产生不变的磁场，电动机依然转不起来。为了 使电动机转起来，必须使定子电枢各相绕组不断地换相通 电，这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化， 使定子磁场与转子永磁磁场始终保持一定的空间角度，产 生转矩推动转子旋转。
2021
7
无刷直流电动机的位置传感器
稳速、调速、定位等特性。无刷直流电动机大量被采用， 如计算机硬、软盘驱动，光盘驱动。 • 2、在工业自动化设备中的应用 • 在高精度数控加工设备中，特别是在机器人和机械手的驱 动中，无刷电机的应用极多。 • 3、在汽车和电动车辆中的应用 • 在汽车中使用的电动机，对其工作可靠性要求特别高，且 现代汽车设计自动化程度愈来愈高，为无刷电动机的应用 展现美好的前景。 • 4、在现代家用电器中的应用 • 使用了无刷电动机的家电产品，能够实现自动操作，定时、 定温、自然调节，且具有十分宽的调速范围，可无级调速， 低噪声、高效率等多功能。近年来，无刷直流电动机在洗 衣机、空调器、冰箱、热水器等各类家电产品中均有应用， 提高了家电产品自动化程度。如按室温自动调温的空调器， 可自动根据衣物确定洗涤强20度21 的洗衣机，可根据冷藏物自18 动选择冷冻温度的电冰箱等等。
• 电动机的定子绕组（电枢）多做成三相对称星形 接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转 子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子 的位置，在电动机内装有位置传感器。
2021
3
无刷直流电动机的定子
2021
11
无刷直流电动机的工作过程
• 三相通电顺序
2021
12
无刷直流电动机的工作过程
• 从以上过程可以看出，电机运行中，首先监测转子位置， 转子每转过120°，功率管换流一次，定子磁场状态改变一 次，改变3次为一个周期，期间，每个功率管导通1/3周期， 形成跳跃式步进旋转磁场，并在转子上产生脉动式转矩。 此工作模式为三相三状态。
• 然而，即使这样改变还不够，因为定子上的电枢通过直流 电后，只能产生不变的磁场，电动机依然转不起来。为了 使电动机转起来，必须使定子电枢各相绕组不断地换相通 电，这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化， 使定子磁场与转子永磁磁场始终保持一定的空间角度，产 生转矩推动转子旋转。
2021
7
无刷直流电动机的位置传感器
稳速、调速、定位等特性。无刷直流电动机大量被采用， 如计算机硬、软盘驱动，光盘驱动。 • 2、在工业自动化设备中的应用 • 在高精度数控加工设备中，特别是在机器人和机械手的驱 动中，无刷电机的应用极多。 • 3、在汽车和电动车辆中的应用 • 在汽车中使用的电动机，对其工作可靠性要求特别高，且 现代汽车设计自动化程度愈来愈高，为无刷电动机的应用 展现美好的前景。 • 4、在现代家用电器中的应用 • 使用了无刷电动机的家电产品，能够实现自动操作，定时、 定温、自然调节，且具有十分宽的调速范围，可无级调速， 低噪声、高效率等多功能。近年来，无刷直流电动机在洗 衣机、空调器、冰箱、热水器等各类家电产品中均有应用， 提高了家电产品自动化程度。如按室温自动调温的空调器， 可自动根据衣物确定洗涤强20度21 的洗衣机，可根据冷藏物自18 动选择冷冻温度的电冰箱等等。
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永磁直流无刷电机
概述
永磁直流无刷电机是 用永磁体建立 磁场，用电子换向装置代替换向器，实 现直流电能转换为机械旋转的一种直流 电机。
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
永磁直流电机的主要特点
• 没有换向器和电刷组组成的机械接触机 构，所以无刷电机没有换向火花，寿命 长，运行可靠，转速不受机械换向的限 制。可实现每分钟几万到几十万转的超 高转速运行。
无刷控制器接直流电源。
无刷控制器就是靠它们提供的信 号，来改变绕组电流方向的。
无刷永磁直流电机必须匹配无刷 控制器工作。
无刷控电子换相线路
定子 转子
定子铁芯 定子绕组
机壳等
永磁体 导磁体 支承零部件
转子位置传感器
工作原理
两相导通 星形 三相 六状态 电 机工作原 理。
从运行过程看， 定子绕组每隔60° 电度角换向一次， 定子合成磁动势位 置就改变一次，每 相绕组每次导通 120°电度角，且 始终保持两相绕组 导通。
M 电磁转矩 M2 输出转矩 M0 摩擦转矩
J转动部分的转动惯量 Ω转子机械角速度
起动特性
起动电流（电枢电流）公式：
In 起动电流(A) U 电源电压 (V) △U 功率晶体管饱和管压降(V)
racp 电枢绕组平均电阻(Ω)
空载启动时电枢电流和转速的关系
起动电流的值可以为正常工作的电枢电流几倍到十几倍，所以起动电
所以此工作方 式称为两相导通三 相六状态工作方式
几个关于永磁无刷直流电机的平衡方程
电动势平衡方程：
电枢绕组反电动势：
U 电源电压 E 电枢绕组反电动势 Iacp 平均电枢电流 Racp 电枢绕组平均电阻 △U 功率晶体管饱和管压降
n 电机转速 Ke 反电动势系数
通过以上两式可知：
转速不变时，转矩平衡方程： 转速变化时，转矩平衡方程：
• 永磁电机没有励磁绕组，节省电机的用 铜量，减少电气铜耗。特别是在微型和 小容量范围内，电机的重量，体积，效 率和成本都得到改善，同时也不需要励 磁电源，可以减少电源的耗电量，具有 重要的经济价值
• 永磁电机中永磁材料的磁场是恒定的， 因此永磁电机电压调整率差，调速也一 般通过改变电枢电压/电流来实现
P2输出功率=M2n
ΣP电机总损耗
电机效率和输出 转矩的关系式
M2输出转矩
负载、效率 特性曲线
当M2=0时，即没有输出转矩时，电机效率为零。随着输出转矩增加， 电机效率也就增加。当电机的可变损耗等于不变损耗时候，电机效率达到 最大，随后，效率又开始下降。
机械特性和调速特性
当不计U变化和电枢反映的影响时，式 子等号右边第一项为常数，所以电磁转矩随 速度的减小而线性增加。
在同一转速下改变电源电压，可以容易 的改变输出转矩，或在同一负载下改变 转速。
机械特性曲线
所以无刷直流电局调速性能很好，可通过改变电源电压实现平滑调速。 由于电机损耗中可变部分及电枢反映的影响，输出转矩会偏离直线
永磁无刷直流电机的接线
常用永磁无刷直流电机有8条引 线（如图所示）。
其中三条为 粗黄、粗绿、粗蓝， 是绕组引线，其余5条细线是转子位 置传感器引线。细红一般为正5伏， 细黑是5伏负极兼信号公共端，细黄、 细绿、细蓝是3个转子位置信号引线。
磁转矩很大，电机可以很快起动，并且能带载启动。随着转子的加速， 反电动势E增大，电磁转矩降低，加速转矩也减小，最后进入正常的工作 状态。
工作特性
工作特性主要包括：电枢电流和 电机效率与输出转矩的关系。
T 输出转矩 Km转矩系数
电枢电流和输出转 矩的关系式
Iacp平均电枢电流
P1输入功率= IacpU
• 结构简单、体积小、效率高
无刷直流电机的工作原理框图
直流电源
电子换相线路
电机本体
输出
转子位置传感器
在无刷直流电机中，借助反映主转子位置的位置传感器的输出信号，通过电子换 相电路去驱动与电枢绕组连接的相应的功率开关器件，使电枢绕组依次馈电，从而在定 子上产生跳跃式的旋转磁场，驱动永磁转子旋转。
随着转子的转动，位置传感器不断的送出信号，改变电枢绕组的通电状态，使得在 某一磁极下导体中的电流方向始终不变。
概述
永磁直流无刷电机是 用永磁体建立 磁场，用电子换向装置代替换向器，实 现直流电能转换为机械旋转的一种直流 电机。
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
永磁直流电机的主要特点
• 没有换向器和电刷组组成的机械接触机 构，所以无刷电机没有换向火花，寿命 长，运行可靠，转速不受机械换向的限 制。可实现每分钟几万到几十万转的超 高转速运行。
无刷控制器接直流电源。
无刷控制器就是靠它们提供的信 号，来改变绕组电流方向的。
无刷永磁直流电机必须匹配无刷 控制器工作。
无刷控电子换相线路
定子 转子
定子铁芯 定子绕组
机壳等
永磁体 导磁体 支承零部件
转子位置传感器
工作原理
两相导通 星形 三相 六状态 电 机工作原 理。
从运行过程看， 定子绕组每隔60° 电度角换向一次， 定子合成磁动势位 置就改变一次，每 相绕组每次导通 120°电度角，且 始终保持两相绕组 导通。
M 电磁转矩 M2 输出转矩 M0 摩擦转矩
J转动部分的转动惯量 Ω转子机械角速度
起动特性
起动电流（电枢电流）公式：
In 起动电流(A) U 电源电压 (V) △U 功率晶体管饱和管压降(V)
racp 电枢绕组平均电阻(Ω)
空载启动时电枢电流和转速的关系
起动电流的值可以为正常工作的电枢电流几倍到十几倍，所以起动电
所以此工作方 式称为两相导通三 相六状态工作方式
几个关于永磁无刷直流电机的平衡方程
电动势平衡方程：
电枢绕组反电动势：
U 电源电压 E 电枢绕组反电动势 Iacp 平均电枢电流 Racp 电枢绕组平均电阻 △U 功率晶体管饱和管压降
n 电机转速 Ke 反电动势系数
通过以上两式可知：
转速不变时，转矩平衡方程： 转速变化时，转矩平衡方程：
• 永磁电机没有励磁绕组，节省电机的用 铜量，减少电气铜耗。特别是在微型和 小容量范围内，电机的重量，体积，效 率和成本都得到改善，同时也不需要励 磁电源，可以减少电源的耗电量，具有 重要的经济价值
• 永磁电机中永磁材料的磁场是恒定的， 因此永磁电机电压调整率差，调速也一 般通过改变电枢电压/电流来实现
P2输出功率=M2n
ΣP电机总损耗
电机效率和输出 转矩的关系式
M2输出转矩
负载、效率 特性曲线
当M2=0时，即没有输出转矩时，电机效率为零。随着输出转矩增加， 电机效率也就增加。当电机的可变损耗等于不变损耗时候，电机效率达到 最大，随后，效率又开始下降。
机械特性和调速特性
当不计U变化和电枢反映的影响时，式 子等号右边第一项为常数，所以电磁转矩随 速度的减小而线性增加。
在同一转速下改变电源电压，可以容易 的改变输出转矩，或在同一负载下改变 转速。
机械特性曲线
所以无刷直流电局调速性能很好，可通过改变电源电压实现平滑调速。 由于电机损耗中可变部分及电枢反映的影响，输出转矩会偏离直线
永磁无刷直流电机的接线
常用永磁无刷直流电机有8条引 线（如图所示）。
其中三条为 粗黄、粗绿、粗蓝， 是绕组引线，其余5条细线是转子位 置传感器引线。细红一般为正5伏， 细黑是5伏负极兼信号公共端，细黄、 细绿、细蓝是3个转子位置信号引线。
磁转矩很大，电机可以很快起动，并且能带载启动。随着转子的加速， 反电动势E增大，电磁转矩降低，加速转矩也减小，最后进入正常的工作 状态。
工作特性
工作特性主要包括：电枢电流和 电机效率与输出转矩的关系。
T 输出转矩 Km转矩系数
电枢电流和输出转 矩的关系式
Iacp平均电枢电流
P1输入功率= IacpU
• 结构简单、体积小、效率高
无刷直流电机的工作原理框图
直流电源
电子换相线路
电机本体
输出
转子位置传感器
在无刷直流电机中，借助反映主转子位置的位置传感器的输出信号，通过电子换 相电路去驱动与电枢绕组连接的相应的功率开关器件，使电枢绕组依次馈电，从而在定 子上产生跳跃式的旋转磁场，驱动永磁转子旋转。
随着转子的转动，位置传感器不断的送出信号，改变电枢绕组的通电状态，使得在 某一磁极下导体中的电流方向始终不变。