无刷直流电机与永磁同步电机的运行控制比较

t
T6
t T6
t
T5
t T5
t
T2
t T2
t
0 60 120 180 240 300 360 420 0 60 120 180 240 300 360 420
T1
t T1
t
T4
t T4
t
T3
t T3
t
T6
t T6
t
T5
t T5
t
T2
t T2
t
0 60 120 180 240 300 360 420 0 60 120 180 240 300 360 420
主要内容
一、几个术语解释
（极对数、电角度、电角频率、相电压、线电压、反电动势）
二、无刷直流电机的运行原理和基本控制方法
（运行原理、数学模型、换流模式、控制方法）
三、永磁同步电机的运行原理和基本控制方法
（矢量控制基础、数学模型、控制方法、旋转变压器）
四、两种电机及其控制系统的对比
（转子位置、三相电流、转矩脉动、调速范围）
无刷直流电机的电 流和感应电动势具有以 下特点：
（1）感应电动势为 三相对称的梯形波，其 波顶宽为 120
（2）电流为三相对 称的方波；
（3）梯形波反电势 与方波电流在相位上严 格同步。
精品
无刷直流电机的相电流分析
精品
i
Is
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Is
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Is
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0
Is
tf
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iA
A ’
V3
无刷直流电机组成部分：
无刷直 流电机
电机本体、位置传感器、 电子开关线路；
电机本体在结构上与交流 永磁电机相似；
电子开 电子开关线路由功率逻辑 关线路 开关单元和位置传感器信
号处理单元两部分组成；
电子开关线路导通次序是 与转子转角同步的，起机 械换向器的换向作用。
精品
120度导通时转子位置与电流换相关系
精品
无刷直流电机的数学模型
电压方程：
u A NR00 iA L M 0 0iA eA u ON u B N 0R0 iB p 0 L M 0 iB eB u O N u C N 00R iC 0 0 L M iC e C u O N
（5）L_pwm-H_pwm型调制方式 （6）on-on型调制方式
T1
t T1
t
T4
t T4
精品
无刷直流电机的电路模型
T3
T5
T1
D1
D3
D5
Ud
Cd A
B
C
T4
T6
T2
D4
D6
D2
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ib
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ea
eb
ec
o
逆变器—永磁无刷电机系统示意图
U d 为直流电源（V）； C d 为中间直流回路支撑
（滤波）电容（F）； T1 ~ T6为6个功率开关管； D1 ~ D6为6个续流二极管； 采用120º的两两导通方式 ，对 T1 ~分T6别在各自120º 导通时间内根据不同的调 制方式进行PWM调制。
精品
几个术语解释
• 极对数（2 p）：电机转子中N-S极的对数，2，3，4，……
• 相数（m）：电机绕组个数，3，6，12，……
• 电角度（ ）e /机械角度（）：e p e edt
• 电角频率（ e）/机械角频率（）： e p • 电角频率与电机转速（n）：n60e p
• 极（2p）槽（Z）配合：Z/2p Ud
A'
A'
C
BC
BC
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B' A
s a) A'
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C'
B'
C'
B'
A s
b)
A'
BC r
BC
B'
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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wk.baidu.com d) 60度（换相后） e) 120度（换相前） f) 120度（换相后）
• 相电压：电机相绕组对电机中性点电压
• 线电压：电机两相绕组之间电压
• 反电动势：电机到拖时某一转速下对应电机线电压峰值
T3
T1
D1
D3
Cd A
B
T4 D4
ia
T6
D6 ib
T5
D5
C T2
D2 ic
ea
eb
ec
o
精品
主要内容
一、几个术语解释
（极对数、电角度、电角频率、相电压、线电压、反电动势）
二、无刷直流电机的运行原理和基本控制方法
（运行原理、数学模型、换流模式、控制方法）
三、永磁同步电机的运行原理和基本控制方法
（矢量控制基础、数学模型、控制方法、旋转变压器）
四、两种电机及其控制系统的对比
（转子位置、三相电流、转矩脉动、调速范围）
精品
+
位置传 感器
-
无刷直流电机的组成
B ’
C
V1
V2
AC ’ B
Halla
ea
t
Hallb
eb
t
Hallc
ec
t
101 100 110 010 011 001 101
PWM a
t
ia
t
PWM b
t
ib
t
PWM c
t
T1T6 T1T2 T3T2 T3T4 T5T4 T5T6 T1T6
ic
t
T1T6 T1T2 T3T2 T3T4 T5T4 T5T6 T1T6
HALL状态与PWM、三相反电势和三相电流的对应关系
u O N e A N e B N e C 3 N e A e B e C
转矩方程：
Tempn eAiAeBiBeCiC r
Ud
运动方程： TemTLp1nJddrtfrr
T3
T
1
D1
D3
Cd A
B
T4 D4
ia
T6
D6 ib
T5
D5
C T2
D2 ic
ea
eb
ec
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精品
无刷直流电机换流关系
T1
t T1
t
T4
t T4
t
T3
t T3
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T6
t T6
t
T5
t T5
t
T2
t T2
t
0 60 120 180 240 300 360 420 0 60 120 180 240 300 360 420
（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
精品
无刷直流电机的数学模型
采用理想化的直流无刷电机用状
态方程表示的数学模型，电流为理想
R
LM
的方波，反电势为理想的梯形波，并 uA
作如下假设：
R
LM
eB
eA
（1）不计磁路饱和；
uB
R
LM
eC
（2）电机涡流损耗和磁滞损耗；
uC
（3）忽略定子电流的电枢反应；
无刷直流电机的等效电路
（4）定子绕组采用Y形接法。
iB
Is
0
t
' f
tf
t
Is
iC
无刷直流电机的换流模式
（1） pwm-on型调制方式
T1
t T1
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T4
t T4
t
T3
t T3
t
T6
t T6
t
T5
t T5
t
T2
t T2
t
0 60 120 180 240 300 360 420 0 60 120 180 240 300 360 420
（4）H_pwm-L_on型调制方式