永磁无刷电动机系统通用技术规范-1020(2st 讨论 稿)(4)
无刷直流电动机精选全文完整版
10.2.2 转子磁场相对于定子绕组位置的检测是无刷直流电动
机运行的关键，对这一位置检测的直接方法就是采用位置 传感器，将转子磁极的位置信号转换成电信号。 正余弦旋转变压器或者编码器也可用作位置传感器，但成 本较高，仅用在精密控制场合。此外，还有利用容易检测 的电量信号来间接判断转子磁极位ห้องสมุดไป่ตู้的方案，其中最具代 表性的是电动机定子绕组的反电动势过零检测法或者称为 端电压比较法(详见10.6节)
本节将简单介绍电磁式、光电式和霍尔元件式等三种 常用位置传感器的结构和原理。
1.电磁式位置传感器 电磁式位置传感器是利用电磁感应原理来工作的，由 定子和转子两部分组成，其结构如图10－5所示。
图10－5 电磁式位置传感器结构 (a)传感器A－A′剖面图；(b)传感器端面图
在图10－5中，定子上有铁心和线圈，铁心的中间为圆 柱体，安放励磁绕组Wj，绕组外施高频（一般为几千赫兹到 几十千赫兹）电源励磁；铁心沿定子圆周有轴向凸出的极， 极上套有信号线圈Wa、Wb和Wc，以感应信号电压。导磁扇 形片放置在不导磁的铝合金圆形基盘上制成转子，固定在电 动机的转轴上，扇形片数等于电机极对数。由于励磁电源的 频率高达几千赫兹以上，因此定子铁心及转子导磁扇形片均 由高频导磁材料（如软磁铁氧体）制成。可以看出，这实际 上是有着共同励磁线圈的几个开口变压器。当扇形导磁片随 着电动机转子同步旋转时，其与传感器定子圆周凸极的相对 位置发生变化，使开口变压器磁路的磁阻变化，信号线圈匝 链的磁通大小变化，可感应出不同幅值的电动势，依此判断 转子的位置。
光电式位置传感器是利用光电效应而工作的，由固定在 定子上的数个光电耦合开关和固定在转子轴上的遮光盘所组 成，如图10－6所示。遮光盘上开有透光槽（孔），其数目等 于电动机转子磁极的极对数，且有一定的跨度。光电耦合开 关沿圆周均匀分布，每只均由轴向相对的红外发光二极管和
永磁无刷直流电机及其控制
永磁无刷直流电机及其控制一、本文概述永磁无刷直流电机（Permanent Magnet Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种结合了直流电机与无刷电机优点的先进电机技术。
本文将对永磁无刷直流电机及其控制技术进行详细的阐述和探讨。
我们将概述永磁无刷直流电机的基本原理和结构特点，包括其与传统直流电机的区别，以及为何在现代工业和家用电器等领域得到广泛应用。
接着，我们将深入探讨永磁无刷直流电机的控制策略，包括位置传感器控制、无位置传感器控制以及先进的电子控制技术，如微处理器和功率电子器件的应用。
我们还将分析永磁无刷直流电机的性能优化和故障诊断技术，以提高其运行效率和可靠性。
我们将展望永磁无刷直流电机及其控制技术的发展趋势，并探讨其在未来可持续能源和智能制造等领域的应用前景。
通过本文的阐述，读者可以对永磁无刷直流电机及其控制技术有更为全面和深入的理解。
二、永磁无刷直流电机的基本原理永磁无刷直流电机（Permanent Magnet Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种结合了直流电机与无刷电机优点的电机类型。
其基本原理主要依赖于磁场与电流之间的相互作用，以及电子换向器的无刷换向技术。
磁场与电流相互作用：永磁无刷直流电机中，永磁体（通常是稀土永磁材料）被用来产生恒定的磁场。
当电流通过电机的电枢（也称为线圈或绕组）时，电枢会产生一个电磁场。
这个电磁场与永磁体的磁场相互作用，导致电机转子的旋转。
无刷换向技术：与传统的有刷直流电机不同，永磁无刷直流电机使用电子换向器代替了机械换向器。
电子换向器通过控制电流在电枢中的流动方向，实现了电机的无刷换向。
这种技术不仅提高了电机的效率，还降低了维护成本和噪音。
控制策略：为了精确控制电机的转速和方向，永磁无刷直流电机通常与电子速度控制器（ESC）一起使用。
电子速度控制器可以根据输入信号（如PWM信号）调整电枢中的电流大小和方向，从而实现对电机转速和方向的精确控制。
永磁无刷直流电机简介
表贴凸出式和插入式转子磁路构造图
电气学院
1）表贴凸出式转子磁路构造 • 其构造简朴，制造成本较低，转动惯量较小，多用于矩形
波永磁同步电动机和恒功率运营范围不宽旳永磁同步电动 机中
2）表贴插入式转子磁路构造 • 这种构造可充分利用转子构造磁路旳不对称性所产生旳磁
阻转矩，提升电机旳功率密度。制造工艺也较简朴。一般 用于某些调速永磁同步电动机中。
B
（2）空载时铁心中旳附加（或杂散）损耗，它是由定转子开槽引起旳气隙磁导变化 而产生旳谐波磁场在对方表面产生旳表面损耗及脉振损耗。 （3）电气损耗，是由工作电流在绕组中产生旳损耗，对直流电机或同步电机而言， 也涉及电刷在换向器或集电环上旳接触电阻损耗。
（4）负载时旳附加（或杂散）损耗，是由定子或转子电流所产 生旳漏磁场在定、转子绕组里和铁心及构造件里引起旳多种损耗。
• 假如将一只霍尔传感器安装在接近转子旳位置，当N极逐渐接近 霍尔传感器即磁感应强度到达一定值时，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，其输出依 然保持导通状态；只有磁场转变为S极并到达一定值时，其输出 才翻转为截止状态。
• 在S-N交替变化磁场下，传感器输出波形占高、低电平各占50%。 • 假如转子是一对极，则电机旋转一周霍尔传感器输出一种周期旳
✓ 具有很好旳力学特征，韧性好、抗压强度高、可加工等
✓ 价格合理，经济性好
电气学院
• 铁氧体：适合于对电机体积、重量和性能要求不高，而对电机旳经济 性要求高旳场合。
• 铝镍钴：适合于对电机体积、重量和性能要求不高，但工作温度超出 300度或要求温度稳定性好且电机旳成本不高旳场合。
• 钕铁硼：适合于对电机体积、重量和性能要求很高，工作环境温度不 高，对永磁体温度稳定性要求不高旳场合。
永磁无刷直流电机的设计与电磁分析
本次演示采用有限元模拟和优化设计等方法对永磁无刷直流电机进行设计和 电磁分析。最后，对永磁无刷直流电机的电磁性能进行分析和讨论，包括磁场分 布、功率损耗、效率等，并指出了研究的不足和未来研究方向。
引言：
永磁无刷直流电机是一种具有高效率、低噪音、长寿命等优点的电机，在工 业自动化、电动汽车、航空航天等领域得到了广泛应用。随着技术的不断发展， 对永磁无刷直流电机的性能要求也不断提高。因此，本次演示旨在通过对永磁无 刷直流电机的设计与电磁分析，提高其性能指标，以满足不同领域的应用需求。
参考内容
基本内容
盘式永磁无刷直流电机是一种先进的电动设备，具有高效率、低噪音、长寿 命等优点。本次演示将详细介绍盘式永磁无刷直流电机的电磁设计过程，包括磁 场分布、线圈绕制、绝缘设计、冷却系统等，旨在为优化电机性能提供理论支持 和实践指导。
盘式永磁无刷直流电机是一种结合了永磁电机和无刷直流电机的优点的新型 电动设备。它采用永磁体作为磁源，可直接产生恒定的磁场，避免了传统有刷直 流电机需要定期更换电刷的缺点。盘式结构使得电机散热性能好、机械强度高， 能够在恶劣环境中稳定运行。
电磁设计是盘式永磁无刷直流电机设计的核心环节。磁场分布是电磁设计的 首要环节，合理的磁场分布可以提高电机性能、降低谐波损耗。线圈绕制方法对 电机的功率密度、电气性能和机械特性有着重要影响。在电磁设计中，需要综合 考虑线圈材料、线径、匝数等因素，以实现电机的高效运行。
绝缘设计对于盘式永磁无刷直流电机的可靠性至关重要。线圈绝缘材料的选 用和结构设计直接影响到电机的电气性能和机械特性。在电磁设计中，应充分考 虑绝缘材料的电气性能和机械性能，以满足电机在高温、高湿等恶劣环境下的正 常运行。
文献综述：
自20世纪50年代第一台永磁无刷直流电机问世以来，国内外学者对其进行了 广泛研究。研究内容主要包括电磁场分析、优化设计、控制策略、可靠性等方面。 在电磁场分析方面，有限元法等效磁路法、模拟仿真等方法被广泛应用。在优化 设计方面，主要从电机结构、材料、工艺等方面进行优化。
（毕业论文）永磁无刷直流电机论文
小功率永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究摘要永磁无刷直流电动机是把电机、电子和稀土材料的高新技术产品发展紧密的结合在一起的新型电机，它具有单位体积转矩高、重量轻、转矩惯量小、控制简单、能耗少和调速性能好等优点，因而在航天航空、数控机床、机器人、汽车、计算机外围设备、军事等领域及家用电器等方面都获得了广泛的应用。
因此，设计性能优异的永磁无刷直流电机具有重要的理论意义和应用价值。
本论文系统的研究了35w小功率永磁无刷直流电机的本体设计，包括设计方法、有限元分析、性能计算、软件仿真等。
本文主要的研究内容如下：1、综述了永磁无刷直流电机的研究现状、存在问题和发展前景，分析了永磁无刷直流电机的基本理论。
2、建立永磁无刷直流电机的数学模型，先利用解析法对该电机进行电磁设计，然后利用有限元法对电机进行优化。
3、基于星形连接三相三状态的控制电路，利用Infolytic公司的MagNet电磁场分析软件建立了永磁无刷直流电机的有限元分析模型，仿真分析其静态气隙磁场分布及动态带负载时的电机特性。
并将软件仿真所得结果与设计计算结果进行比较分析，验证了设计方法的正确性。
关键词：电机设计，无刷直流电动机，有限元分析，稳态特性第一章绪论1．1永磁无刷直流电动机的发展状况永磁无刷直流电动机是一种新型的电动机，其应用广泛，相关技术仍然在不断的发展中，该类电动机的发展充分体现了现代电动机理论、电力电子技术和永磁材料的发展过程。
其中，永磁材料、大功率开关器件、高性能微处理器等的快速发展对永磁无刷直流电动机的进步功不可没。
1821年9月，法拉第建立的世界上第一台电机就是永磁电机，自此奠定了现代电机的基本理论基础。
十九世纪四十年代，人们研制成功了第一台直流电动机。
1873年，有刷直流电动机正式投入商业应用。
从此以后，有刷直流电动机就以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，占据了极其重要的地位。
随着生产的发展和应用领域的扩大，对直流电动机的要求也越来越高。
永磁无刷直流电动机-企业标准
永磁无刷直流电动机-企业标准1范围本标准规定了永磁无刷直流电动机的术语和定义、型号、环境基本参数及电路图、要求、试验方法、检验规则、标志、说明书、包装、运输及贮存等。
该标准规范的电动机适用于油田抽油机牵引电机、矿山矿井类设备牵引电机等工业用各种牵引类电机系统。
2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB755-2008 旋转电动机定额和性能（idtIEC60034-1:1996）GB/T1993-1993 旋转电机冷却方法GB/T2423.17-2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ka：盐雾（IEC60068-2-11:1981）GB4343.1-2003电磁兼容家用电器、电动工具和类似器具的要求第一部分发射GB/T4772.1-1999旋转电动机尺寸和输出功率等级第1部分:机座号56~400和凸缘号55~1GB/T4942.1-2006旋转电动机外壳防护等级（IP代码）分级（IEC60034-5:2000,IDT）GB9969.1-2008工业产品使用说明书总则GB10068-2000轴中心高为56㎜及以上电动机的机械振动振动测量、评定及限值（idtIEC60034-14:1996）GB10069.1-2006旋转电动机噪声测定方法及限值第1部分:旋转电动机噪声测定方法(ISO1680:1999,MOD)GB/T12665-2008电动机在一般环境条件下使用的湿热试验要求GB20113-2006-T电气绝缘结构(EIS)热分级3术语和定义反电势系数反映电机反电势的特性的系数。
4型号、环境、基本参数及电路图4.1型号4.2环境4.2.1海拔海拔不超过1000m。
在海拔超过1000m时，应按GB755-2008的有关规定。
4.2.2温度当大气环境温度在-25℃～+40℃时，电动机及其控制器能按规定的定额运行。
高速永磁同步电机 国标
高速永磁同步电机国标全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：高速永磁同步电机是一种应用广泛的电机类型，其在高速电动车辆、风力发电、工业生产等领域具有重要作用。
为了规范和统一高速永磁同步电机的性能和技术要求，我国制定了相关的国家标准，即高速永磁同步电机国标。
本文将介绍高速永磁同步电机国标的重要性、内容和应用。
高速永磁同步电机国标的制定是为了推动我国高速永磁同步电机产业的发展，提高产品质量和技术水平，促进行业的健康发展。
国标对高速永磁同步电机的设计、制造、试验和检验等方面进行了详细规定，确保了产品的性能和质量，同时也为企业提供了技术指导和参考依据。
高速永磁同步电机国标主要包括以下内容：1. 术语和定义：国标对高速永磁同步电机相关术语和定义进行了规定，统一了行业用语，便于交流和理解。
2. 电机型号：国标规定了高速永磁同步电机的型号命名规则，包括型号编制原则、结构标志、性能标志等。
3. 技术要求：国标对高速永磁同步电机的额定参数、性能指标、工作条件等技术要求进行了详细规定，确保产品满足用户需求。
4. 试验方法：国标规定了高速永磁同步电机的试验方法和程序，包括性能试验、电气参数测量、机械性能试验等，确保产品的质量和可靠性。
高速永磁同步电机国标对行业生产企业和产品设计单位具有重要意义。
遵循国标可以规范企业的生产流程，提高产品的质量和竞争力。
国标也为用户提供了选型和购买参考，保障了产品的性能和可靠性。
除了国内市场，高速永磁同步电机国标也在国际市场上发挥着重要作用。
符合国标的产品具有较高的国际竞争力，提升了我国高速永磁同步电机产业的国际地位和声誉。
国标也促进了国际标准化工作的发展，推动了全球高速永磁同步电机产业的发展。
高速永磁同步电机国标是推动行业健康发展和提升产品技术水平的重要标准和依据。
遵循国标可以规范产业发展、提高产品质量，为用户提供更好的产品和服务。
相信在国标的引领下，我国高速永磁同步电机产业将迎来更加灿烂的未来。
永磁无刷电动机及系统设计
PWM控制的基本思想
1）重要理论基础——面积等效原理
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的 环节上时，其效果基本相同。
冲量
窄脉冲的面积
效果基本相同
环节的输出响应波形基本相同
f (t)
f (t)
f (t)
f (t)
d (t)
O
tO
tO
tO
t
a)矩形脉冲
b)三角形脉冲 c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函数
PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才 确定了它在电力电子技术中的重要地位。现在使用的各种逆 变电路都采用了PWM技术，在电力电子领域有着广泛的应用 ，并对电力电子技术产生了十分深远影响的一项技术。
IGBT、电力MOSFET等为代表的全控型器件的不断完善 ，给PWM控制技术提供了强大的物质基础。
驱动器
接受控制指令，可实现对电动机的转矩、速度、转子 位置控制。主要包括控制和功率变换（主电路）两大部分 。控制部分主要由三闭环控制器即电流控制器、速度控制 器和位置控制器以及与其相应的基准信号产生、反馈信号 的检测、处理电路等组成。位置控制是外环，速度控制是 中环，转矩或电流控制是内环。一般情况下，速度控制器 为PI（比例-积分）控制规律，它的输出为电流指令（直 流量）。速度控制器的作用主要是为了能进行稳定的速度 控制，以使其在定位时不产生振荡。在伺服系统中，为了 进行位置控制，要求速度环能有快速响应速度指令的能力 ，并且在稳态时具有良好特性硬度，对各种扰动具有良好 的抑制能力作用。电流控制器作为速度环的内环，在输入 端综合电流指令信号和反馈信号，使电枢绕组中的电流在 幅值和相位上都得到有效控制，完成与磁通矢量的正交或 弱磁高速控制，电流控制器通常也采用PI控制规律，要求 它具有更高的快速性，以适应对电流瞬时值跟踪控制的要 求。
永磁直流无刷电机实用设计及应用技术
永磁直流无刷电机实用设计及应用技术1. 引言1.1 概述随着科技的不断发展，无刷电机在各个领域的应用越来越广泛。
其中，永磁直流无刷电机作为一种重要的驱动装置，在电动汽车、工业自动化设备和家用电器等领域中扮演着重要角色。
本文将对永磁直流无刷电机进行实用设计及应用技术的全面探讨，旨在帮助读者更好地理解并应用该技术。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分：引言、永磁直流无刷电机的原理和特点、实用设计技术、应用案例分析以及结论与展望。
通过这些内容，我们将全面介绍永磁直流无刷电机及其相关技术的基本原理、实际应用过程中需要考虑的设计参数，以及一些常见的应用案例。
最后，我们将总结研究成果，并探讨未来该领域的发展趋势和前景。
1.3 目的本文的主要目的是介绍永磁直流无刷电机实用设计及其应用技术，从而使读者能够了解和掌握这一重要领域的知识。
通过深入研究各种设计和优化技术，我们可以更好地理解电动汽车、工业自动化设备和家用电器等领域中永磁直流无刷电机的应用，并为实际工程设计提供参考和指导。
同时，本文也旨在为未来的研究和创新提供一定的启示，并展望该领域的发展趋势。
2. 永磁直流无刷电机的原理和特点:2.1 原理介绍:永磁直流无刷电机是一种利用永磁体产生磁场，通过电子器件控制换相的电机。
其工作原理基于法拉第感应定律和洛伦兹力定律。
在该电机中，通过转子上的永磁体所产生的磁场与由驱动器产生的旋转磁场进行交互作用，从而实现电机运转。
2.2 特点分析:永磁直流无刷电机具有以下几个特点：(1)高效率：相比传统直流有刷电机，无刷电机采用固态换向器件，减少了刷子摩擦损耗和碳粉污染等问题，因此具有较高的效率。
(2)低维护成本：无刷电机没有刷子和换向环境等易损部件，从而降低了维护成本，并延长了使用寿命。
(3)快速响应能力：无刷电机具有较高的动态响应能力，并且可以通过调整驱动器参数来实现不同的控制策略，以满足不同工况下的要求。
(4)高功率密度：由于无刷电机采用了永磁体产生较强磁场，而且没有绕组饱和现象，因此具有较高的功率密度。
无刷永磁伺服电动机
4、关于无刷直流电动机的归类问题： 如前所述，无刷直流电动机是由直流电动机
发展而来的，应属于直流电动机。但另一方面， 就电机本体而言，无刷直流电动机与正弦波永磁 同步电动机差别不大；从控制系统的角度看，电 动机是由逆变器供电的，并且工作在自控变频方 式或自同步方式下，因此又是一种自控变频同步 电动机系统。鉴于此，目前既有人将其归为直流 电动机，也有人将其归于同步电动机。
a)半桥电路
b）绕组星形连接的桥式电路
c）绕组角形连接的桥式电路
图3-6 三相无刷直流电动机绕组连接方式
对于角形连接，当感应电动势不平衡时闭合 绕组回路中会产生环流，因此在无刷直流电动机 中较少采用。半桥连接由于绕组利用率较低，一 般仅用于对成本敏感的小功率场合，广泛应用的 是星形全桥接法。
3．无刷直流电动机的工作原理 下面以星形全桥接法三相无刷直流电动机为
a）直轴磁通路径
b）交轴磁通路径
图3-4 内置式无刷永磁伺服电动机的交、直轴磁路
二、 无刷永磁电动机伺服系统的组成
1、无刷永磁伺服电动机通常由变频电源供电 由恒频电源供电的永磁同步电动机仅适用于
恒速场合。为解决起动问题，转子上需设笼型起 动绕组，利用笼型绕组感应产生的转矩将电机加 速到近同步速，然后由永子结构的三种基本形式 ： 转子结构是无刷永磁伺服电动机与其它电机
最主要的区别，对其运行性能、控制系统、制造 工艺、适用场合等均具有重要影响。按照永磁体 在转子上位置的不同，无刷永磁伺服电动机的转 子结构一般可分为表面式、嵌入式和内置式三种 基本形式。
永磁无刷直流电机及其控制
永磁无刷直流电机及其控制随着科技的不断发展，永磁无刷直流电机（BLDC）逐渐成为现代电机控制领域的重要角色。
本文将详细介绍永磁无刷直流电机的原理、结构、应用，以及其控制策略。
永磁无刷直流电机是一种采用永磁体产生磁场，通过电子换向器取代机械换向器，实现无接触换向的直流电机。
其工作原理是将电能的电子脉冲信号转换为机械能，进而驱动电机运转。
永磁无刷直流电机的结构主要由定子、转子、电子换向器和永磁体组成。
其中，定子由铁芯和电枢绕组组成，转子则由永磁体和导磁体组成。
电子换向器的作用是控制定子绕组的电流方向，以实现无接触换向。
由于永磁无刷直流电机的诸多优点，如高效率、低噪音、高可靠性等，使其在许多领域得到了广泛应用。
例如，在工业自动化、机器人、电动汽车、航空航天等领域，永磁无刷直流电机都有着一席之地。
永磁无刷直流电机的控制策略主要涉及电流控制和转速控制两个方面。
在电流控制方面，需要通过调节电枢绕组的电流大小和方向，以实现电机的力矩和方向控制。
在转速控制方面，则可以通过调节电枢绕组的电流频率，实现电机的调速控制。
常用的控制算法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
永磁无刷直流电机以其高效、可靠、节能等优点，在许多领域得到了广泛应用。
随着科技的不断进步，对永磁无刷直流电机的控制策略和控制精度提出了更高的要求。
未来，我们需要进一步研究新的控制方法和算法，以提高永磁无刷直流电机的性能和适应性，为各领域的发展贡献更多力量。
随着环境保护意识的不断提高和能源紧缺的压力，电动汽车作为一种清洁、高效的交通工具，逐渐获得了广泛的应用。
其中，永磁无刷直流电机作为电动汽车的核心动力部件，其控制技术的研究与应用显得尤为重要。
本文将对电动汽车用永磁无刷直流电机控制技术进行深入探讨。
电动汽车是指使用电力驱动的汽车，与传统汽车相比，电动汽车具有零排放、低能耗和高效率等优点。
随着政府对新能源汽车的支持力度不断加大，电动汽车的市场份额也在逐渐扩大。
直流马达技术
測量必須在馬達最大轉矩量的1/2范圍內或者馬達輸出功率最 大時進行,如果輸入功率太大,馬達的性能將因發熱而降低,測量 轉矩量時選擇一個合適測頭的轉矩測量器. 進行特性測量時,最新的轉矩測量器引出端能與計算機連接, 迅速地作出特性曲線(性能曲線).
在輸入穩定數據時到馬達以固定轉矩量運轉之後的間歇,設定 二到五秒時間是可行的,通常,裝入穩定數據三秒鐘就夠了.
即使不知道轉速,其值也能用同樣的方法獲得,不過,以 電流為依據可行些,因為轉速表現為微小S型不穩定特性.
如何理解馬達性能曲線(四)
2.變動因數和計算 2-1同樣繞法(恆定電源) 即使改變,轉數和轉矩也隨電壓相應地變化,上述的變 化均是呈正比例性的.
Carbon Type 碳刷類型
H:Hi copper carbon brush 高銅碳精
Nil:Low copper carbon brush 低銅碳精 Stack Type 鐵芯類型 L:Lengthened stack 加長鐵芯 Nil:Standard stack 標准鐵芯 Brush material 電刷材料 K:Carbon brush 碳刷 E:Precision metal brush 貴重金屬彈臂 B:BeCu metal brush 鈹銅電刷針 Series No. 系列號 S36,S38,S54…
馬達結構及零件名稱
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13
端子 膠蓋 杯士 碳刷 調整介子 擋油介子 換向器介子 換向器銅片 換向器膠芯 芯片11軸 漆皮線 絕緣介子
14 15 16 17 18 19
銅介子 風車片 磁石 彈弓 大殼 變阻器
馬達的電氣噪音(四)
永磁无刷直流电机
永磁无刷直流电机一、简介无刷直流电机(Brushless DC Motor ，以下简称BLDC) 是随着电力电子技术及新型永磁材料的发展而迅速成熟起来的一种新型电机。
以其体积小、重量轻、效率高、惯量小和控制精度高等优点,同时还保留了普通直流电动机优良的机械特性,广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等领域。
近年来,随着无刷直流电机应用领域的不断扩大,各种控制算法和控制策略也相继出现.。
为了便于理论分析和验证各种控制算法和策略,建立正确的无刷直流电机模型就显得非常重要。
利用Matlab 软件下的Simulink 仿真工具,实现了对无刷直流电机控制系统的仿真,并给出了实例仿真结果。
鉴于以上原因，本文通过推导给出了无刷直流电机的数学模型，并借助Matlab 建立了其仿真模型，通过仿真证明了该模型的正确性和合理性。
二、永磁无刷直流电机的构成从广义的电机概念看，永磁无刷直流电机由三大部分组成：电机本体、位置检测器、直--- 交无源逆变器。
若与原有直流电动机一一对应，则永磁体构成的转子与原直流电机的定子相对应，其作用是产生一个恒定的气隙磁场。
由位置检测器与逆变器一起构成一个电子换向器，取代原直流电动机的机械接触式换向装置。
控制系统是调速系统当三相绕组为星形连接，且没有中线则有：i a i b i c0且Mi b Mi c Mi a化简可得电压方程为：u a u b u c r 0 0 i a0 r 0 i b0 0 r i cL ML M0 i a0 p i bL M i ce ae be c的组成部分。
三、永磁无刷直流电机的数学模型假定无刷直流电机工作在二相导通星形三相六状态下,反电势波形是平顶宽度为120 °电角度的梯形波. 电机在工作过程中磁路不饱和,不计涡流和磁滞损耗,三相绕组完全对称,气隙磁场为方波,定子电流、转子磁场分布皆对称,电枢绕组在定子内表面均匀连续分布。
设u a ,u b ,u c 为定子相绕组电压;i a ,i b ,i c 为定子相绕组电流;e a ,e b ,e c 为定子相绕组电动势;L 每相绕组的自感;M 为每两相绕组间的互感; p 为微分算子,p = d/ d t. 则三相绕组的电压平衡方程可表示为:u a r 0 0 i a L M M i a e au b0 r 0 i b M L M p i b e bu c0 0 r i c M M L i c e c电机的等效模型为a e电磁转矩方程为：T 1(e i e b i b e c i c )机械运动方程式可表示为：d Te T LJdt四、系统建模与仿真根据永磁无刷直流电机的电压方程和等效电路，在 Matlab 的SIMULINK 环境下， 利用电力系统仿真模块中丰富的模块库， 可建立如下图所示的永磁无刷直流电机模型。
永磁无刷电机
题永磁无刷直流电机综合报告目作者：________ 潘高超学号：15120017班级：研15电气完成日期：2016年5月2日随着计算机技术和现代控制理论的发展，由数字控制装置组成的随动系统应运而生。
与传统的模拟系统相比，数字随动系统具有设计简单，体积小，修改方便，精度高，可靠性高等优点。
作为典型的数字随动控制系统的执行器，无刷直流电机既具备交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列特点，又具有直流电机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多特点，故在许多高科技领域得到了非常广泛的应用，如机器人、数控机床、雷达、潜艇和各种军用武器随动系统。
本文介绍了永磁无刷直流电机的国内外研究现状，并深入研究了基本结构、工作原理、数学模型和控制性能。
通过这些介绍，更加深入的了解永磁无刷直流电机的优缺点。
关键词：无刷直流电机，基本结构，工作原理，数学模型第一章绪论1.1引言在控制系统中，若给定的输入信号是预先未知且随时间变化的，并且系统的输出量随输入量的变化而变化，这种系统就称为随动系统。
快速跟踪和准确定位是随动系统的两个重要技术指标。
运动控制通常是指在复杂条件下，将预定的控制方案转变成期望的机械运动。
运动控制系统使被控机械运动实现精确的位置控制、速度控制、加速度控制等。
运动控制技术及其专用集成电路在雷达天线、惯性导航系统、卫星姿态等技术领域具有广阔的发展前景，是广大工程技术人员热衷研究开发的新课题。
随着计算机技术、现代控制理论的迅猛发展，由数字控制装置组成的随动系统即数字随动系统应运而生。
与传统的模拟系统相比，数字随动系统控制是从计算机接收控制命令，它具有设计简单，体积小，修改方便，精度高，可靠性高等优点。
1.2无刷直流电机控制的国内外现状无刷直流电机既具有传统直流电机的优点，如较好的机械特性和调节特性，起动转矩大、过载能力强、调节方便、动态特性好等，又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，故在许多高科技领域得到了非常广泛的应用，如激光加工，机器人，数控机床，大规模集成电路制造设备、雷达、潜艇和各种军用武器随动系统，以及柔性制造系统等。
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永磁无刷电动机系统技术规范Technical requirements for permanent magnetbrushless\ servo motor system(草稿)上海鸣志电器有限公司发布GB/T ××××-2009×××前言本标准由上海鸣志电器有限公司提出本标准由上海鸣志电器有限公司负责起草。
本标准主要起草人：XXX。
IGB/T ××××-2009×××永磁无刷电动机系统技术规范1 范围本规范规定了上海鸣志电器公司的永磁无刷电动机系统及构成系统的永磁电动机、电动机驱动器的术语和定义、运行条件、基本要求、试验方法和验收标准等。
本规范适用于上海鸣志电器公司永磁无刷电动机系统（以下简称系统）及构成系统的永磁无刷电动机（以下简称电动机）、永磁无刷电动机驱动器（以下简称驱动器）。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。
GB/T 191 包装储运图示标志（GB/T 191-2000,eqv ISO 780:1997）GB 755-2000 旋转电机定额和性能（IEC 60034-1：1996,IDT）GB/T 2423.1 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温（GB/T 2423.1-2001,IEC 60068-2-1：1990,IDT）GB/T 2423.2 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：低温（GB/T 2423.2-2001,IEC 60068-2-2：1974,IDT）GB/T 2423.3 电工电子产品基本环境试验规程试验Ca:恒定湿热试验方法（GB/T 2423.3-2006,eqv IEC 60068-2-78：2001）GB/T 2423.5 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法试验Ea和导则：冲击（GB/T2423.5-1995,idt IEC 60068-2-27：1987）GB/T 2423.10 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法试验Fc和导则：振动（正弦）（GB/T 2423.10-1995,idt IEC 60068-2-6：1982）GB/T 2423.17 电工电子产品环境试验第2部分: 试验方法试验Ka：盐雾GB/T 2828.1-2003 计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划（ISO 2859-1:1999,IDT）GB/T 2900.26-2008 电工术语控制电机GB 4208 -2008 外壳防护等级（IP代码）（IEC 60529:2001,IDT）GB/T 16439-1996 交流伺服系统通用技术条件GB 4824-2004 工业、科学和医疗（ISM）射频设备电磁骚扰特性限值和测量方法GB5226.1-2002 机械安全机械电气设备第1部分:通用技术条件（IEC 60204-1：2000，IDT）GB/T 7345-2008 控制微电机基本技术要求GB/T 7346 控制电机基本外形结构形式GB/T 9969-2008 工业产品使用说明书总则GB/T 10069.1 旋转电机噪声测定方法及限值噪声工程测定方法GB/T 17626.2-2006 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验（IEC 61000-4—2：2001,IDT）GB/T 17626.3-2006 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验（IEC 61000-4-3：2002,IDT）GB/T 17626.4-1998 电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验（IEC 61000-4-4：1995,IDT）GB/T 17625.5-1999 电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验（idt IEC 61000-4-5:1995）GB 18211-2000 微电机安全通用要求GB/T 21418-2008 永磁无刷电动机系统通用技术条件GJB/Z 299B-1998 电子设备可靠性预测手册JB/T 10183-2000 永磁交流伺服电动机通用技术条件3 术语和定义下列术语和定义适用于本规范。
3.1永磁无刷电动机系统 permanent magnet brushless motor system1GB/T ××××-2009×××2 以永磁无刷电动机作为执行元件，根据位置、速度、转矩等反馈信息构成的控制系统。
系统包括永磁无刷电动机、传感器和驱动器等三部分（参见附录A图A.1）。
系统有4种基本运行方式开环运行、转矩控制、速度控制和位置控制（参见附录A图A.2～图A.5）。
[GB/T 21418-2008，定义3.1]3.2驱动器 driver接受控制指令，可实现对电动机的转矩、速度、转子位置控制的电气装置。
驱动器按其控制电路和软件的实现方式可分为模拟量控制、数字模拟混合控制和全数字化控制；按其驱动方式可分为方波驱动和正弦波驱动。
[GB/T 21418-2008，定义3.2]3.3永磁无刷电动机 permanent magnet brushless motor依赖于转子位置信息，通过电子电路进行换相或电流控制的永磁电动机。
永磁无刷电动机有正弦波和方波两种形式，驱动电流为方波的电动机通常称为永磁无刷直流电动机，驱动电流为正弦波的电动机通常称为永磁交流伺服电动机。
按照电动机传感器类型可分为有传感器电动机和无传感器电动机。
[GB/T 21418-2008，定义3.3]3.4传感器 sensor/sensing用于检测永磁无刷电动机位置、速度、电流的传感器或技术。
传感器包括接近开关、光电编码器、旋转变压器、霍尔元件、电流传感器件等。
[GB/T 21418-2008，定义3.4]3.5额定功率 rated power在规定条件下，系统/电动机/驱动器的最大连续输出功率。
[GB/T 21418-2008，定义3.5]3.6输入额定电压 rated input voltage在规定条件下，施加在驱动器的电源端子处的电压有效值。
[GB/T 21418-2008，定义3.25]3.7额定频率 rated frequency输入交流电压的频率。
[GB/T 21418-2008，定义3.26]3.8输入额定电流 rated input current在规定条件下，驱动器输出额定电流时，其输入电流的有效值。
[GB/T 21418-2008，定义3.27]3.9最大连续转矩（额定转矩） maximum continuous torque(rated torque)在规定条件下，电动机连续稳定运行所能输出的最大转矩，这时，电动机绕组温度和驱动器功率器件温度不会超过最高允许温度，电动机或驱动器不会损坏。
[GB/T 2900.26-2008中5.1.8定义]3.10峰值转矩 peak torque在规定条件下，电动机所能输出的最大转矩。
在峰值转矩下短时工作不会引起电机损坏或性能不可恢复性的破坏。
[GB/T 21418-2008，定义3.6]3.11峰值电流 peak current在规定条件下，电动机输出峰值转矩时的线电流值。
该电流在电动机方波运行时为峰值，正弦波运行GB/T ××××-2009×××3时为有效值。
[GB/T 21418-2008，定义3.7]3.12最大堵转转矩 maximum stall torque电动机长时间运行堵转，电机所能输出最大转矩。
如图2所示。
在该转矩下连续运行，电动机绕组温度和驱动器器件温度不会超过最高允许温度，电动机和驱动器不会损坏。
系统在额定供电下，电机转子在不同位置时所产生堵转转矩的最小值。
[GB-T 7344-1997，定义3.1]3.13静阻转矩 static friction torque电动机绕组开路，使转子在任意位置开始转动所需克服的阻力矩。
[GB/T 2900.26-2008中5.1.1定义]3.14电动机最大连续电流（额定电流） maximum continuous current of motor(rated current)在规定条件下，电动机输出最大连续转矩（额定转矩）时的线电流值，该电流在电动机方波运行时为峰值，正弦波运行时为有效值。
[GB/T 21418-2008，定义3.9]3.15额定转速 rated speed在连续工作区内，电动机额定功率点的转速。
[JB/T 10183-2000，定义3.4]3.16空载转速 no-load speed在规定条件下，电动机空载状态时的稳态转速。
[GB/T 21418-2008，定义3.12]3.17最高允许工作转速 maximum permit speed在保证电气绝缘介电强度和机械强度条件下，电动机最大设计转速。
[GB/T 21418-2008，定义3.13]3.18连续工作区 continuous duty zone图1中处于“最大连续转矩”、“最高允许工作转速”和“额定转速”以内的工作区域，它是由电动机的发热、受离心力影响的机械强度、换相或驱动器的极限工作条件限制的范围。
在此区域内运行,电动机和驱动器都不会超过其最高允许温度。
注1：额定功率PN （W ）、额定转速nN(r/min)与最大连续转矩T N （）的关系为：602max N Nn T P ⨯=π注2：对于带油封、制动器等其他附件的电动机，应降额使用。
[GB/T 21418-2008，定义3.19] 3.19短时工作区 intermittent duty zone图1中，处于峰值转矩以下，最大连续转矩以上的区域。
在该区域短时工作，电动机电流虽大于最大连续电流，但电动机绕组在一定时间内不会被损坏。
短时过流持续时间是由绕组的热时间常数和绕组绝缘等级等因素决定。
[GB/T 21418-2008，定义3.20]GB/T ××××-2009×××4图1电动机工作区示意图T max——峰值转矩；T0——最大堵转转矩；T N——最大连续转矩、额定转矩。
n max——最高允许工作转速；n N——额定转速；3.20反电势常数 back EMF constant在规定条件下，电动机绕组开路时，单位转速在电枢绕组中所产生的线感应电动势值。